Física industrial ó Física aplicada a la industria_Tomo II by FUNDACIÓN JUANELO TURRIANO

__ /

f.'S }

FISICA INDUSTRIAL ó

FÍSICA APLICADA Á LA INDUSTRIA, LA AGRICULTURA, ARTES Y OFICIOS

OBRA UTIL ÍSIMA PARA LOS FÍSICOS, QUÍMICOS, INGEN LEROS, FARMACÉUTl COS, INDUSTR IALES, FABRICANTES, PRODUCTORES QUÍMICOS, AGR l CULTOR E<:S, TE<:LEGRAFISTAS, MAQUINlSTAS, F OTÓGRAF OS , ARQUITECTOS, MAE::.TROS DE 'OBRAS, DORADORES Y PLATEADORES, ESCUELAS DE ARTES, OFICIOS Y MANUFACTURAS , ETC., ETC.

ESCRITA SEGUN LAS OBRAS TEÓRICO-PRÁCTICAS Y CIENTÍFICAS DE LOS AUT O RES MÁS RENOMBRA D OS DE ESPAÑA Y DEL EXTRANJERO, E SPE CI ALMENTE LAS DE

JAMIN, TISSANDIER, GUILLEMIN, GANOT, SER, PÉCLET, VALERIUS POR

D. .JOAQUIN RIBERA INGENIERO INDUSTRIAL,

D. FRANCISCO NACENTE Y D. PABLO SOLER Ilustrada con 250 láminas, comprendiendo más de 3_,000 figura s, r epresen tan d o instrumentos, operaciones y aparat os fís icos.

TOMO SEGUNDO

BARCELONA IMPRENTA Y LITOGR A FIA D E F. NA CEN T E, ED ITO R Oalle del Bruch, núms . 89 y 91

1890

Esta obra es propiedad del Editor, quien se reserva todos los derechos de propiedad literaria y artística de la misma, y ·perseguirá al amparo de las leyes á todo aquel que la reimprima 6 que reproduzca. sus láminas fraudulentamente.

LIBRO NOV-ENO APLICACION DEL CALÓRICO

CAPÍTULO PRIMERO De la combustion. medio que más generalmente se por un orificio, al aproximarle un cuerpo inemplea para producir el calor es flamado se determina inmediatamente la comla combustion, es decir, la combustion. Los hídrqgenos carbonados del gas binacion química de un cuerpo se combinan con el oxígeno del aire, cuya llamado combustible , son otro combinacion, por demás perceptióle (fig. 1), · conocido con el nombre de com- se manifiesta por medio de la llama. Al examinar atentamente una llama se burente. En general, todo cuerpo qué, pueden distinguir· tres partes: En el centro y á la salida del orificio, una al unirse á otro, produce calor, se puede conparte azul más ó menos oscura, más ó menos siderar como combustible: el combustible es un compuesto de carbono y de hidrógeno, desa_rrollada, segun la naturaleza y la velociunidos ó mezclados con otros elementos; el dad del gas, constituida por el mismo gas que comburente es el oxígeno, contenido casi aun no se ha alterado, antes de recibir el c_ontacto del aire. Si en esta parte se introduce la siempre en la masa atmosférica. Bajo el punto de vista práctico, el combus- extremidad de un tubo inclinada, el gas que tible debe encontrarse en abundancia en la sale por el otro extremo es susceptible de innaturaleza, ó ser susceptible de fabricarlo con flamarse. La segunda parte de la llama, que rodea á facilidad para obtenerlo á bajo precio. Los combustibles que c:umplen con esta la primera, es aquella en donde se inicia la condicion, son: la madera, la hulla, la turba, combustion, y es la parte más brillante. El el carbon vegetal, el coke, excepcionalmente brillo de una llama depende de la naturalos aceites, el gas del alumbrado y algunos leza del gas 'y del modo como se verifica la otros. Más adelante veremos las propiedades combustion. La llama del hidrógeno puro tiene muy poco brillo, mientras que la de los de cada uno de ellos. · Considerados bajo el punto de vista de su hidrógenos carbonados es muy brillante. Esta estado físico, pueden clasificarse los combus- diferencia consiste en que, bajo la accion del calórico, los hidrógenos carbonados ,se destibles en gaseosos, Hquidos ó sólidos. componen: antes de la' combustion completa CoMBUSTION DE tos GASEs.-Cuando un gas combustible, tal como el del alumbrado, sale permanece el carbono en suspensiori, en es' L

FÍSICA. INDUSTRIAL

tado sólido é. incandescente, en la llama, emitiendo rayos luminosos en todos sentidos. En la combustion del hidrógeno la llama no contiene ningun cuerpo sólido, ·y radia poco ; pero se puede hacer muy brillante si se coloca en ella un cuerpo infusible como la cal, que, á una temperatura muy alta, irradia con mucha intensidad en el espacio. Esta es la luz Drumond. En la tercera parte de la llama sólo continúa la combustion, pero es menos brillante por no haber apenas carbono en ella. Si se analizan los gases que se encuentran á varias alturas en una llama de gas del alumbrado, se ve que las proporciones de vapor de agua, de ácido carbónico y de ázoe, van en aumento á medida que se apartan del orificio de salida, mientras que en las del hidrógeno y de los hidrógenos carbonados disminuyen. La proporcion de óxido de carbono es casi constante en toda la altura de la llama. La extension de una ·llama depende de las velocidades relativas del aire y del gas combustible. Así, con un mechero de gas, provisto de una chimenea ó tubo de vidrio y afünentado con aire por medio de orificios practicados en el ·soporte, si se van cerrando unos despues de otros estos orificios se irá disminuyendo la velocidad del aire y alargando más y más la llama: podrá aumentar al principio su potencia luminosa, mas llegará un instante en que se irá debilitando hasta el punto de producir un humo muy denso, lo cual demuestra que la velocidad del aire es demasiado débil, é insuficiente la cantidad de aire para lá combustion completa del carbono, que se precipita en estado de negro de humo. Si, por lo contrario, la velocidad del aire aumenta, y se aumenta igualmente la altura del tubo añadiéndole, por ejemplo, un ~ubo de pap_el, se ve como la llama se acorta y aumenta en brillo, mas no así su potencia luminosa, la cual disminuye á la par que su superficie; y, si la velocidad del aire es excesiva, se obtiene la extincion de la llama á causa del enfriamiento, que es lo que se verifica cuando se sopla una bujia. - Si, en vez de variar la velocidad del aire, es la del gas la que varía, se producen entonces los fenómenos inversos.

Es evidente que, para que un combustible desprenda el máximo de calor, es indispensable, ante todo, que la combustion sea completa, lo cual no es tan fácil de obtener como á primera vista parece; para ello deben llenarse ciertas condiciones. La primera consiste en suministrar el volúmen de aire necesario para la combustion completa, cuyo volúmen depende de la naturaleza del combustible. La segunda condicion estriba en la mezcla íntima de los gases combustibles y comburentes. Para que la combustion se efectue, las moléculas de oxígeno de ben necesariamente estar en contacto con las de hidrógeno y de carbono. Muchos son los hogares en donde este contacto es imperfecto, lo cual se demuestra en las venas gaseosas, despues de la extension de la llama, en las cuales se nota la presencía simultánea del oxígeno y de los gases combustibles. La proporcion de oxígeno habrá podido ser suficiente, mas, como no se ha operado bien la mezcla, la combustion ha sido incompleta. Un medio para facilitar esta mezcla y este contacto consiste en dividir el combustible en fragmentos pequefíos, si es sólido, ó·en chorros delgados si es líquido ó gaseoso. Conviene, además, producir en la corriente de la llama ciertqs torbellinos, q!le, agitando los gases combustible~ y comburentes, produzcan el contácto de las moléculas . La condicion tercera para una buena com =bustion consiste en mantener una temperatura bastante elevada. Si ésta baja demasiado, por la proximidad ó contacto con cuerpos fríos, la combustion cesa, como se comprueba introduciendo en la llama de hidrógeno un cuerpo frio cualquiera, en cuyo instante se produce un depósito de n'egro de humo, que, desaparece si se deja que el cuerpo tenga tiempo de calentarse y de adquirir la temperatura propia para efectuarse la combustion. Una temperatura muy alta produciría la separacion, é impediría, por consiguiente, la coi;nbustion completa; sin embargo, en los hogares industriales se está bien lejos de alcanzar este límite. Los mecheros que se emplean en el alumbrado por gas están dispuestos para efec-

DE LA COMBUSTION

tuar la combustion en forma de venas ó de láminas delgadas. Las princ~pales clases de mecheros, son: El de mariposa, en el cual el gas sale por una rendija muy-delgada. El mechero Manchester, en el que salen dos chorros oblícuos que se cruzan y se pierden en contacto con el aire. . El de agujeros, compuesto de una corona anular provista de un sinnúmero de agujeros, por los cuales pasa el gas afectando la forma cilíndrica, de suerte que, se encuentra en contacto con el ª!re tanto por su superficie interior como la exterior, al igual que en la lámpara Argand. De este modo, cou- tal division de chorros se consigue una mezcla íntima y una combustion casi completa. , El espesor del chorro que dé combustion sin humo no puede determinarse en absoluto. Para uu mechero de mariposa, por ejemplo, se puede obtener haciendo variar el ancho de la hendidura, desde un décimo de milímetro hasta un milímetro. En los hogares industriales la combustion se opera con espesores mucho mayores, pero generalmente producen humo. Mientras la combustion sea completa, el calórico producido es siem-pre el mismo, sea· cual fuere el espesor del .chorro; mas no sucede lo mismo con lapotencia luminosa y la longitud de la llama. Si el chorro de gas es muy delgado, la combustion es muy rápida por mezclarse el gas y el aire inmediatamente. La llama es corta y poco intensa, pero, en cambio, es más alta la temperatura y está mejor localizada. Si el chorro de gas tiene más grueso, la parte central se encuentra privada de la accion directa del aire, la llama se alarga y la combustion se reparte en un espacio mayor. ·Los carburos de hidrógeno descompuestos forman en el centro un depósito de carbon que, al enrojecerse, producen luz. La potencia luminosa aumenta con la disminucion de la llama, mas, si el chorro es muy grueso, la combustiones incompleta y se produce humo. Desde luego se comprende que debe existir un espesor que dé el máximo de potencia luminosa, la cual se ha determinado para las varias clases de mechero. Con lbs mecheros mariposa, variando el

ancho de la hendidura de o'rmm á 0'7mm 1 el mismo consumo de gas da una cantidad de luz que varía de r á 4. El ancho de la hendidura que da el máximo de potencia luminosa, varía de o'6mm á 0'7mm: con un consumo de gas de 127 litros po¡ hora, se obtiene la luz de una lámpara Cárcel que queme 42 gramos. En los hogares industriales á gas se producen fenómenos análogos. Para obtener la combustion completa debe dividirse el gas combustible . en chorros ó en láminas delgadas. Más allá dp cierto espe§or ya no le es · posible al aire penetrar hasta el centro, y no se resuelve la combustion: al igual que en los mecheros para el alumbrado, el grueso del chorro no es absoluto, pudiendo ser completa la combustion ~on espesores que vari_e n de r á ro, con lo cual se obtienen llamas más ó menos largas. Si se quiere localizar la temperatura y obtener una llama de reducidas dimensiones, se debe dar el gas á chorros ó láminas muy delgadas rodeadas de aire. Entonces la combustion se efectua en un pequeño espacio á alta temperatura. Si, por lo contrario, se quiere obtener una llama larga y repartir la temperatura en mayor extension, corno para la calefaccion de ciertos hornos, se deberá aumentar entonces el grueso de los chorros para que la llama se alargue, debido al tiempo que necesita para que la combustion se propague hasta el centro del chorro, y la temperatura será menos elevada por repartirse en una superficie mayor. Cuando se mezclan el aire y el gas combustible antes de inflamarlos, tambien se verifica la combustion completa más fácil y rápidamente aún, pero, en cambio, la llama es corta, azul y poco luminosa, por no existir depósito de carbon incandescente en el centro. La potencia luminosa disminuye rápidamente á proporcion del aire introducido. Con 6 por 100 de aire, la intensidad se re· duce á 0'56. Con 50 por roo de aire, la potencia luminosa es nula. El gas, mezclado con aire, arde produciendo una llama ázul muy caliente, que no se apaga puesta en contacto con cuerpos frios, lo cual permite colocar directamente

FÍSICA INDUSTRIAL

CoMBUSTION DE 10s· sóLmos.-L a combusencima de ella los cuerpos que se quiera calentar sin que se produzca depósito de carbon. tion de los sólidos está sometida á las mismas Las figs. 2 y 3 · representan ·el mechero leyes que la -de los líquidos y los gases, pero de Bunsen para aire y gas. Consiste en un ci- variando las circunstanc ias de la combustion lindro de cobre, envolvente de otro, con dos segun la naturaleza del sólido. Si el sólido se licúa bajo la accion del caorificios en la parte inferior, por donde pacomo sucede con la bujia y el sebo, se le lor, sa el aire para mezclarse con el gas. La entrada del aire se gradúa por medio de estos puede quemar por medio de una mecha. El orificios haciendo girar más ó menos el ci- calórico radiado de la llama basta entonc(;ls lindro exterioi-. Si el aire entra libremente para derretir la materia, que, debido á la capi(fig. 3), la mezcla del combustibl e y del aire laridad, sube por la mecha y arde como un se verifica en el cilindro, antes de la combus- líquido. Comunmen te, los combustibles sólidos, la tion, resultando una llama cc~:ta, azul y sin la madera, por ejemplo, desprenden , hulla, brillo, muy caliente y buena para la calefacpor la accion del calórico, gases que arden cion. La fig. 2 representa la posicion del cilin- produciend o llama. Cuando el desprendidro móvil y de los orificios correspond ientes, miento del gas termina; queda un resíduo sóen el instante en que, por la rotacion del ci- lido que continúa consumiénd ose . con más lindro, está casi cerrada la comunicaci on con lentitud que la llama. La madera y la hulla · el aire exterior. Cuando la entrada de aire _es producen de este modo el carbon de madera nula, la llama se alarga, es fofa y amarillen- y el cok. La dificultad para los sólidos, mayor aún ta, cubriendo de negro los cuerpos frios que se le aproximan; por tanto, no sirve para el que en los gases, consiste en que el aire penetre en todas las partes de la masa. Esto se caldeo. COMBUSTION DE LOS LÍQUIDOS.- La mayor consigue extendiend o el combustible, dividiparte de las consideraci ones que se acaban de do en frag-mentos pequeños, sobre una rejilla desarrollar, relativas á la combustion de los formada por barrotes que dejen entre sí ingases, se aplican igualmente á la combustion -térvalos suficientemente grandes para permide los líquidos. Las condÍciones de una buena tir el paso del aire, y suficientem ente pequec9mbustion son las mismas, pero, son más di- ños para que el combustibl e no pase por ellos_ fíciles de realizar por no prestarse tan bien y caiga al cenicero. CONDICIONES GENERALES DE UNA BUENA COMlos líquidos á la division en chorros ó en láBUSTION.-En resúmen, las condiciones neceminas delgadas como los gases. de sarias para obtener una buena c.ombustion ejemplo un -son Las lámparas· de aceite la combustion de los líquidos. La division del son las mismas para todos los combustibles, líquido en estos aparatos se obtiene, como ya sea cual fuere el estado bajo que se presense sabe, por medio de mechas de algodon, por ten, ya sea gaseoso, líquido ó sólido. 1.ª Procurar que el combustibl e reciba la las cuales sube el líquido por capilaridad, exponiéndose así, en una gran superficie y con cantidad convenient e de aire. Si éste no es poco espesor, al contacto del aire, ardiendo en cantidad bastante, la combustion resulta entonces co~o un gas y produciend o una lla- forzosamente incompleta ; si entra en exceso, ma de constitucion análoga. Al igual que en la temperatur a baja; mas, como la primera los gases, si la masa en comhustion es muy circunstanc ia consi~te en hacer la combustion gruesa, si la mecha tiéne mucho diámetro, la . tan completa como sea posible, es preferible combustio nes incompleta y se produce hu- siempre que el volúmen de aire sea en exceso. 2." Producir la mezcla de aire y de los mo. Por lo tanto, es muy útil emplear mechas planas ó, mejor aún, mechas anulares gases combustibl es empleando disposiciones como las de Argand. El aire afluye á los con- apropiadas para producir el contacto necesatornos interior y exterior, y penetra fácilmen- _ rio á la combinacio n. 3." Mantener una temperatur a suficientete al centro de la masa en ignicion para promente elevada en el medio en donde se veriducir la combustion completa.

DE LA COMBUSTION

fica la combustion. Un enfriamiento excesivo dificulta la combinacion; una temperatura demasiado alta produciria la disgregacion: sin embargo, en los hogares industriales no es perjudicial este exceso. Por ser una buena combustion la primera circunstancia para la perfecta utilizaci'on de un combustible, debe tenerse mucho cuidadó en obtenerla, empleando hogares cuyas disposiciones estén bien estudiadas al caso. Potencia calorilica de los combustibles.

DEFINICIONES. - La cantidad de calórico producido por la- combustion, depende esencialmente de la naturaleza del combustible y constituye uno de los principales elementos de su valor industrial. La unidad de calor generalmente adoptada para medirlo es la cantidad de calórico necesario para elevar de cero á I grado centígrado la temlJeratura de r _kilógramo de agua, á lo cual se llama, como ya se sabe; caloria. Potencia calorífica de un combustible es el número de calorías emitidas por la combustion completa de 1 ltilógramo de este combustible. ExPERIMENTOs.-En 1780, Laplace y Lavoisier practicaron varios experimentos quemando, en su calorímetro, varios combusti-, bles; y, midiendo la cantidad de hielo derretido, encontraron, para la potencia calorífica, los resultados siguientes: Carbono.. . Hidrógeno. - . Fósforo. . . Aceite de oliva .. Sebo . . . . _Cera blanca.. .

7624 !>3352

Madera. . . . Aceite de colza. Aceite de oliva. Sebo. . . . Cera blanca. . . Eter. . . . .. Alcohol de 42º Beaumé. . Alcohol de 33º. Nafta.. . . . . . .

4314 9307 9044 8369 94 79 8030 6195 5261 7338

Clement y Desarmes se ocuparon igualmente de esta cuestion, encontrando las siguientes cantidades:

7900

11762 7569 10520

En 1814, Rumfort se sirvió de un calorímetro (fig. 4) compuesto de una caja -rectangular de cobre delgado, en la cual se encuentra urí serpentín horizontal. Uno de los extremos de este serpentín termina debajo de la caja, en forma" de embudo, que recibe la llama del combustible que ·se ensaya, y el otro extremo va á parar-lateralment e á la atmósfera. Se llena la caja de agua, y, circ;ulando los gases µe la combustion por .el serpentín, emiten calórico al agua, cuya temperatura se conoce por medio de un termómetro. FÍSlCA lND.

Teniendo en cuenta el peso y el calórico específico de la caja, y el peso del agua contenida en ella, la elevacion de temperatura medirá el calórico producido por la combustion, deduciéndose la potencia calorífica segun el peso del combustible quemado. • Los resultados obtenidos con este aparato estaban muy sujetos á error, procedente de la mala combustion, del enfriamiento incompleto de dos gases, de la pérdida de una parte del calórico radiado por el embudo y del enfriamiento .del calorímetro por el aire ambiente, á cuyo fin, Rumfort empleaba un método muy sencillo de correccion. Al principiar el experimento introducia el agua en la caja á una temperatura inferior á la del aire ambiente, determinada con un ensayo preliminar, de modo que, la calefaccion del calorímetrd, durante la primera mitad del experimento, compensase el enfriamiento ocurrido durante la segunda mitad. Hé aquí algunos re!:¡ultados obtenidos por Rumfort:

Carbono .. Hidrógeno.

7386 2 3294

Despretz determinó taml;,ien la potencia calorífica del carbono, del hidrógeµo, del fósforo y de otros varios cuerpos combustibles, empleando para ello un calorímetro de agua, con cámara de combustion interior, para poder ipedir enteramente el calórico raaiado; obteniendo así: Carbono .. Hidrógeno.

Dulong practicó asimismo numerosos experimentos con un calorímetro análogo al de Despretz, encontrando: 1·. u.-2

FÍSICA INDUS'íRIAL

no que no permite la salida del calórico radiado. La tubulosa n recibe el soporte con. . 3460J ductor del chorro de gas hidrógeno ú oxígeExpert"mento de Fabre y St"lbermann.- no, ó un tapon, segun la naturaleza del expeEn 185.3, Fabre y Silbermann J?Ublicaron un rimento. trabajo mu¡ notable relativamente al calórico La tubulosa b sirve para introducir el oxide combustion, que es el que aun hoy dia geno que alimenta la combustion én cada constituye ley en esta cuesti.on. caso, excepto cuando se trata de la combusEl aparato que estos físicos emplearon se tion del carbon; entonces la tubul;sa b está compone de dos partes: 1.a, el calorímetro cerrada con una atadura de cauchú, y el oxípropiamente dicho; 2.2, la cámara de combus- geno entra por la tubulosa n. tion. La tu~ulosa e recibe la extremidad redonEl calorímetro (fig. 5) consta de tres recida de un serpentín, cuyo tubo, largo de 2 mepientes ciH~dricos y concentricos, de cobre, tros, se desarrolla en el agua del calorímeB, C, D. El primero, B, que es el vaso calori- tro B y sale por e para conducir los gases á métrico, está revestido exteriormente con una los aparatos de análisis. · L~s disposiciones de la cámara de combusplaca de plata muy ·pulimentad~ para disminuir su potencia emisiva. Su capacidad es de tion sort diferentes al interior, s·e gun la naunos 2 litros; su altura de 2 decímetros, y turaleza del combustible. de 12 centímetros su diámetro. Está lleno de Para la combustion del hidrógeno (fig. 6), agua y lleva la cámara de combustion -A- en el chorro llega por el tubo ri y el oxígeno su centrg. Las variaciones de temperatura, por el tubo b. ·El vapor de agua que se forma que se reparten con toda igualdad en la masa se condensa enteramente en la cámara, no por medio de un agitador, se conocen eón un necesitando ninguna salida; por lo tanto, el termómetro que se le adapta= serpentín está cerrado. La camara A se pesa Entre los recipientes By C, que forman un antes y despues de cada operacion para poder espacio anular, se coloca una piel de cisne conocer el peso del agua formada. cuyo vello mire al vaso B. Cuando se queman gases carburados, eí .El intérvalo entre los vasos C y D está lle- serpentin atraviesa los gases de la combusno de agua á la temperatura ambiente, para tion, siendo su longitud suficiente par~ proque las variaciones accidentales de tempera- ducir un enfriamiento completo. Los gases tura del aire no afecten al calorímetro. salen por e y se recogen para ana:'lizarlos. La cámara de combustion A se compone de Para quemar los líquidos se fija al ta pon a un recipiente de cobre delgad-9, dorado, sus• una virola á la cual se suspenden dos alampendido en el centro del vaso B por medio de bres de platino que sostienen la lámpara (figudos alambres gruesos, llevando tres tubulo- ra 7), que, es de cobre con porta-mechas de · sas en su tapa; la del centro a, más ancha y ·platino y mecha de amianto. El oxígeno enligeramente cónica, recibe un ta pon que so- . tra por-el tubo b, y la tubulosa n está·cerrada porta el hogar, en donde se colocan las varias con un obturador. substancias que ·deban quemarse, dispues_to Para la com bustion del car bon se coloca segun la naturaleza de cada una de ellas. Este éste en un cilindro delgado, de platino, que tapon lleva dos tubos, m y n, de los cuales, forme hogar (fig. 8), de 17 milímetros de diáel primero sirve de ventanilla de la cámara metro , y cuyo fondo, que sirve de rejilla, está de combustion, para lo cual lleva un espejo provisto de agujeros. El o:xJgeno entra por n, inclinado, M, que permite observar el trabajo y la tubulosa b está cerrada .• del fuego. Para que los productos de la comRelativamente á la combustion del carbobustion no escapen, el tubo está cerrado con no se hicieron 7 experimentos, de duraciones un vidrio almacigado en él, compuesto de distintas, que, dieron un mjnimo de 8,064 y un tres piezas, ·undisco de cuarzo unido á un dis- máximo de 8,095; por lo tanto, el término co de alambre en contacto con otro disco de medio es de 8,080. · vidrio, lo cual constituye un sistema atermaEl siguiente cuadro contier;ie los resultados Carbono.. Hidrógeno.

7 2 95

•

DE LA COMBUSTION ~

obtenidos \ con los principales cuerpos sobre que op.e raron Fabre y SilbérmanR. Potencias oalorifioas. Carbono (carbon de madera muy cal8080 cinado). . . . Carbon de retortas. . . . 8047'.3 Grafito ·natural. . . . . 7796'6 Grafito de los altos hornos. 7762'3 Diamante. . . . 777° Hidrógeno.. . . . . . 34462 Oxido de carbono.. . . . 2403 13063 , Hidrógeno proto carbonado. Hidrógeno bicarbonado. . u857 7183'6 Alcohoh. ·· . . . . . 2220'5 Azufre preparado desde algun tiempo. 2260'3 Azufre molido ó recien cristalizado . 34oo'5 Sulfuro de ·carbono. . . . . .

Los análisis han demostrado que la combustion no era completa nunca, desprendiéndose siempre gas combustible; por lo mismo, se tuyo en cuenta en cada caso el calor que e_stos gases hubieran desprendido si se hubiesen quemado ep. totalidad. Así, en la combustion del carbono se ha encontrado constantemente en los gases perdidos cierta proporcion de óxido de carbono. Para obtener la potencia calorífica se añadia -al calórico medido por el calorímetro el que huoiera producido este óxido por su combustion . . Debe observarse que la potencia calorífica. se ha determinado tomando el combustible y el oxígeno á la temperatura exterior,. y midiendo el calórico perdido por el ·enfriamiento de-los gases de la combustion, á-la temperatura de1 calorímetro, que, se difereri.ciaba muy poco de la exterior. En su. consecuencia, para los combustibles que, como el hidrógeno, den productos gaseosos que pasan al estado líquido á esta temperatura, se ha contado en la potencia calorífica el calórico de condensacion del vapor. Así, la potencia calorífica del hidrógeno, que es de 34,462 calóriás cuand.o el vapor producido se condensa en el aparato, si esta condensacion no se verifica disminuirá esta cifra de todo el calórico perdido por el paso del vapor al estado líquido, cantidad que varia de -algunas unidades segun la temperatura . á que se efectúa la condensacion.

Considerando el caso más desventajoso, la con9,ensacion á 6º, se encuentra que. el calórico de co]J.densacion de 9 kilógramos de vapor de agua, producidos por la combustión de 1 kilógramo ~e hid~ógeno, es 9 X 606'5 = 5458'5;

y, por consiguiente, la potencia calorífica del hidrógeno, cuando el agua sal.e al- estado de . vapor, se reduce á 34462 - 5458 = 29004,

ó sean, 29,000· calorías, que es la cantidad que se adopta. Por el mismo motivo, cuando se queman hidrógenos carbonados y el vapor de agua sale con los gases de la combustion sin ser condensado, da lugar á deducir de la potencia calorífica, que se ha determinado ~uponiendo esta condensacion, el número de calorías que representan el calórico de vaporizácion del agua. Cada kilógramo de hidrógeno protocarbonado produce 2'25 k de vapor de agua, que, absorben -2'25 X 606 '5 = 1364'6 calorías

de calórico de vaporizacion, lo cual, en este caso, reduce la_potcmcis. calorífica del hidrógeno protocarbonado á 13063 - 1364'6 =

1698'4.

Cada kilógramo de hidrógeno bicarbonado produce 1' 285 k de vapor dé agua, que, absorbe 1'285 X 606' 5 = 779'8;

y la potencia calorífica del hidrógeno carba- . nado se reduce, cuando no hay condensacion, á II857 - 779'8-=

ro77'2.

Para el alcohol, el peso de vapor de agua 1 ' 174 k, cuyo calórico de vaporizacion á oº es

1'174 X 606 '5=711 '9;

y la potencia calorífica del alcohol se convierte en este caso en ·

FÍSICA INDUSTRIAL

Un cálculo a_nálogo permitirá hacer fácilLa contracccion de un tercio del vo2. mente la reduccion debida á la no condensa- lúmen total, que tambien produce calor. cion, para todos los combustibl~s hidroge3. º La condensacion del vapor de agua nados. producid@, que asimismo desprende cierta La potencia calorífica ya se sabe que de- cantidad. pende del estado molecular de los cuerpos. En la combustion de los cuerpos compues- Este es el motivo porque el carbono, en estos se · producen fenómenos análogos, detado de carbon vegetal calcinado, desprende biéndose tener en cuenta, además, el calórico 8,080 calorias, mientr:as que, en estado de gra- de descomposicion que precede á la combusfito natuqtl, produce tan sólo 7796'2, y en es- tion, que, generalmente, es negativo, si bien tado de diamante 7,770. De estas cifras re- es positivo algunas veces. En la determinacion de la potencia calorísulta que es indispensable consumir cierta cantidad de calórico para modificar el estado fica, el calorímetro sólo mide en conjunto de agregacion de las moléculas, á fin de que los calóricos positivos ó negativos, sin que puedan combinarse con el oxígeno: y esta permita distinguir la influencia especial calocantidad es tanto máyor cuanto más enérgica rífica de los varios fenómenos que se produsea la agregacion. Segun esto, en el cambio cen simultáneamente; de suerte que, hasta de I kilógramo de carbono amorfo, en dia- hoy dia, no ha sido posible establecer leyes mante, habria un desprendimiento de 310 ca- generales que permitan calcular exactamente la potencia calorífica de un combustible de lorias. Iguales diferencias se observan con el azu- composicion química conocida. fre. El azufre blando ó reden cristalizado proSin embargo, la aplicacion de los principios duce 2,260 calorias, mientras que el azufre generales de la física y los resultados experipreparado desde algun tiempo, y más agre- mentales permiten formular ciertas reglas, que, en la mayor parte de los casos, den una gado, sólo desprende 2,220 calorias. indicacion, aproximada á lo menos, del calóLEYES RELATIVAS Á LA POTENCIA CALORÍFICA. El fenómeno de la combustion es general- rico producido por un combustible. El calóric__o producido por la combinacion mente muy complicado, pues, á la par que la ·de dos cuerpos es igual siempre y de signo combinacion química propiamente dicha, se producen igualmente cambios de estado físi- contrario al calórico de descomposlcion. De co y modificaciones de volúmeñ., que emiten modo que, el calórico producido por la comó absorben calor, cuya cantidad, medida en bustion del hidrógeno con el oxígeno, por el calorímetro, no es más que la resultante eje•mplo, es igual al que debe suministrarse para descomponer el agua en oxígeno é hide estas acciones simultáneas. Así, en la combustion del carbono -~e pue- drógeno. Esto resulta del principio general de que den distinguir tres fenómenos distintos: no es posible crear algo de nada. En efecto,. 1. º El paso del combustible del estado sólido al estado gaseoso, de donde resulta si no existiese igualdad, si el calórico absorbido por la descomposicion fuese menor, por una absorcion de calórico. La combinacion del carbono- con el ejemplo, que el emitido por la combinacion, 2. oxígeno, acompañada de una produccion de resultada que, por una série de composiciones y descomposiciones sucesivas, habria cada vez calor. 3. La reduccion de volúmen, por tener un exceso, que, multiplicado por el número el ácido carbónico un volúmen igual á los· de operaciones, crearia un. caudal inestinguidos tercios d_e la suma de los volúmenes del ble de calor, lo cual es opuesto á todos los vapor del carbono y del ox~geno, cuyá re- principios. En el caso contrario habria una pérdida indefinida, sin compensacion . . duccion debe producir calórico. La ca-ntidaci de calórico emt'tt'do por un Del mismo modo, en la combustion del combustible es t'ndependiente de la activt'dad hidrógeno se puede distinguir: 1.º La combinacion química, que produce de la combustjon. La combustion lenta produce el mismo calor que la com1;'ustion viva, el calor. 0

COMBUSTION · 13 siempre que se tengan en ·cuenta las causas la potencia calorífica del carbono quepas~ al de enfriamientoi pero la temperatura puede estado de oxido d_e carbono. Segun Berthelot, la potencia calorífica del ser muy distinta. La cantidad de calórico emitido es indepen- óxido de carbouo es 2,435; y, haciendo el dt"ente de la proporcion de oxígeno que se cálculo éon esta cantidad, se encuentra 2408 encuentra en el comburente. El calórioo emi- para el calórico de formacion del óxido de tido con el oxígeno puro es el mismo que con carbono. LEY DE DULONG.-Una de las leyes más imel aire. En el C01?1-Plicado fenómeno de una combi- portantes, conocida con el nombre de ley de nacion química, el calórico emitüio)s la suma Dulong, es la siguiente: El calórico producido por un combustible algebrat'ca de las cantidades producidas por cada uno de lo_s fen6menos en particular. Es es igual á la suma de las cantidades de calor decir, lo mismo que si estos fenómenos, en producidas por la combu-stion de los elemenvez de ser simultáneos, se produjesen sucesi- tos que lo constituyen, prescindiendo siempre de-Za cantidad de hidrógeno que, con el oxívamente y de un modo independiente. del combustible, pueda formar agua. geno en vienen que hechos algunos Hé aquí Esta salvedad supone que el agua se forma apoyo de este aserto : Cuando el carbono arde en el oxígeno, en el combustible. Si bien esta ley no es más que aproximada, emite 8,080 calorías por kilógramo, mientras que en el protóxido de ázoe produce II, r 58'2 con todo, da resultados suficientemente exaccalorías. La diferencia 3 ,078'2 debe pr_ovenir, . tos con relacion á gran número de com bussi la le¡ es v_e rdadera, del calóric9 emitido tibles, y se emplea á menudo á causa de su por la descomposicion del protóxido de ázoe. sencillez. Su expresion algebraica es la siguiente: Como para la combustion de r kilógramo de carbono deben tomarse al protóxido 2'66t de oxígeno, cada kilógramo de oxígeno libre N=8,080C+34462(H- ~) , 0 78 corresponde á 3 • '..: = 1,139 calorías emila potencia calorífica de un representando 2, 607 por kilógramo, contiene los que, combustible tidas. El experimento directo demuestra, en efecto, que la separacion de I kilógramo de pesos respectivos C de carbono, H de hidróoxígeno, del protóxido de ázoe, da lugar á geno y O de oxígeno. Esta fórmula se aplica al caso en que el vauna emision de 1,090 calorías. Se ve, pues, que las dos cantidades difieren muy poco, lo por de agua está condensado; de no ser así, 34,462 se sustituye con 29,000. cual confirma la ley enunciada. . La aplicacion de esta fórmula es muy sendel Calórico producido por la formacion óxido de carbono.-Esta ley permite deter- cilla: así, para un -combustible que contengaminar el calórico producido por la combus- o'go de carbono y 0' 10 de hidrógeno, lapotion de 1 kilo de carbono que pasa al estado tencia calorífica es, segun la ley: 0'90 X 8,080 +0'10 X 34,462 = 10,718, de óxido de carbono. En efecto, él peso dei óxido ·de carbono producido es 2'331r:, que al suponiendo condensado el vapor de agua. Para un combustible de composicion más formar ácido carbónico emiten complicada, que contenga 2'33 X 2,403 = 5,6o7 calorías. DE LA

Sabemos, además, que la combustion de r kilógramo de carbono, al producir ácido carbónico, desarrolla 8,080 calorías. La diferencia , 8,080 - 5,607 ="2,473 es, segun · 1a ley anterior, el- calórico producido por la formacion de óxido de carbono. Esta cifra 24 73 se puede considerar como

Carbono C. . Hidrógeno H. Oxígeno O. .

0'54· 0'06

0'40,

el cálculo se ejecuta como sigue: Se sabe que I de hidrógeno se une á 8 de oxígeno para formar 9 de agua. Tornando la octava parte del oxígeno

I •

o•:o = 0'05, se ten-

14 FÍSICA INDUSTRIAL drá el peso de hidrógeno que podrá fo~mar Si el vap0r de agua no se condensase, se agua con el oxígeno ; Yt suponiendo esta agua ternaria 29,000, en vez de 34,462, como á poya formada, la composicion se convertirá en tencia calorífica del hidrógeno. Para la mayor parte de los ·cuerpos la ley Carbono. . . . . . 0 ~54 Dulong da resultados bastante aproximados: Hidrógeno en exceso. . 0'01 por lo tanto, es conveniente . aplicarla sólo Agua . . . . . . . o'45. c0mo á simple indicacion. La potencia calorífica será LEY DE WELTER .-Comparando Welter los resultados o bte~ idos por varios físicos, con0'54 X 8,080 + 0'01 X 34462 = 4, 69 7'82 , siguió formular una relacion entre la cantisuponiendo siempre condensado el vapor de dad de oxígeno absorbido y la potencia, caagua. lorífica, estableciendo la ley siguiente: Si no lo estuvíera, deberia tenerse en cuenEl calórico emitido por la combustiones ta, no tan sólo el calórico de vaporizacion 9-el proporcional á la cantidád de oxígeno absoragua formado por la combustion del hidró- bido; cuya ley se representa con la fórmula geno en exceso, si que tambien el necesario N = mP para vaporizar el agua ya formada en el combustible, obteniéndose entonces: en la cual, N es la potencia.calorífica del combustible, P el peso del oxígeno· n ecesario á 0'54 X 8,080 +0'01 X 29,000 - 0'45 X 606' 5 la cbmbustion de I kilógramo, y m el coefi= 4,380'3, ciente. • es decir, unas 300 calorias menos, utilizables . Si un combustible contiene C de carbono Si la composicion estuviese representada y H de hidrógeno, por kilógramo, como para por una fórmula química , en vez decenté- quemar 6 de carbono y 8 de oxígeno por I de simas, la composicion en centésimas se de- hidrógeno se necesitan 16 de oxígeno, se ducirá de los equivalentes·, y el cálculo se · tendrá : efectuará como se acaba de exponer; pero, en general, es más sencillo operar de este modo : Tomemos, por ejemplo, el hidrógeno bicarbonado. La fórmula química es OH•. To- y entoncés la fórmula se convierte en mando los equivalentes, con relacional hidrógeno, tenemos:

N=8m(~ +H).

c~=4 X6=24 El calórico suministrado, calculado con la ley D_ulong, es :

t .34,462=u,849 .

:: . 8,080+ 2

Para el alcohol, cuya fórmu_la es O H 1 o•, se escribirá en la forma OH•, 2 H O, y el calórico emitido seria, segun la ley Dulong: 24 4 ' 46 . 8,080+ 46 . 34,462 =7 ,217 .

Esta ley es muy sencilla, -pero muy inexacta en ciertos casos, pues, está experimentalmente demostrado que, al combinarse ciertos cuerpos con el oxígeno, absorben calórico en vez de emitirlo, que es lo que se verifica en la formacion del protóxido de ázoe y del agua oxigenada . Con todo, aplicada á los principales combustibles definidos químicamente se obtienen resultados bastante exactos. El siguiente cuadro da· la cantidad de calórico producido por la combinacion de I kilógramo de oxígeno, es decir, el valor· de m.

DE LA COMBUSTION

Calórico emitido por la combinacion de 1 kilógramo de oxígeno con va-rios combustibles.

OXÍGENO

CALORIAS

necesario á la combustion de I kil.

emitidas por kilógramo de oxigeno

34,462 29,000 8,080 2,403 13,063 II,857 7.183

8,000 8,000

POTENCIA COMBUSTIBLES

Hidrógeno ( vapor condensádo ) .. Hidrógeno -(vapor no condensado) .. Carbono co•. . . . Óxido de carbono . . Hidrógeno protocarbonado . . Hidrógeno bicarbonado .. Alcohol..

FÓRMULA

H H

·c•H~ C4 H~ C4 H 0 O'

Estos valores demuestran que el calórico emitido por un kilógramo de oxígeno combinado, varía de, 3,030 ·para el carbono del carbon de madera, hasta 4,308 para el hidrógeno; ll;l diferencia es notable, pero debe observarse que las condicio_,?es no son las mismas, pues, para pasarel carbono sólido al estado gaseoso debe abandonar cierta cantidad de calor, que es la que establece la diferencia . . Basándose en esta consideracion, es fácil calcular la cantidad de calórico necesario para hacer pasar el carbono del estado sólido al estado gaseoso. El calóricG emitido por un kilógramo de oxígeno que se une al hidrógeno, es 4,308; admitiendo la ley de Welter se encuentra que al unirse un kilógramo de carbono gaseoso á 2'667k de oxígeno para formar el ácido carbónico, se deberá emitir 4,.,308 X 2'667

= II~487 .

Como, en realidad, al estado. sólido sólo emite 8,080, la diferencia 3,407 debe ser absorbida, segun esta hipótesis, para qúe el carbono sólido pase al estado gaseoso; . de su·erte, que, se obtienen dos potencias caloríficas: Carbono gaseoso : Carbono sólido · .

. .

El procedimiento 9-e Berthier, para obtener la potencia calorífica de un combustible, está fundado en la _ley de W elter. Consiste en determinar el peso de oxígeno absorbido para la combustion, calcinando un peso dado de

calorífica

2,667 0,5714 4,000 3,428 2,087

4,308 3,625 3,030 4,205 3,2-66 3,4 29 3,441

combus-tible con un exceso de litargirio y pesando el plomo reducido. Como el litargirio está compuesto de co3' 46 de plomo por 8 de oxígeno, la relacion de 8

los pesos es: - : - , - = 0'0773; y, represen. 103 4 6 tando s;on p el peso del plomo reducido en el crisol, por kilógramo de · combustible, el peso de oxígeno tomado a:l litargirio será P ~ 0'0773 p: por consiguiente, si el combustible no contiene oxígeno, el valor de· la potencia calorífica N es: 0

= 0'0773 m p.

Si el combustible contiene oxígeno, que es el caso general, se tendrá en cuenta empleando la fórmula N

= m (0'0773p + O),

siendo O el peso del oxígéno contenido en un kilógramo. Más adelante veremos que el valor medio de m para las hullas se aproxima mucho á 3,370. El de O es muy variable, de 0'02 á 0' 25, cuya menor cantidad se encuentra en la antracita. El término medio es, aproximada.mente, de 0'08 para una hulla semi-grasa. En resúmen, la ley de Welter no es verdadera para todos los combustibles; por lo tanto, en ciertos casos conducirá á errores, como sucede en la formacion del protóxido de ázoe y del agua oxigenada, en donde, en vez de produccion de calórico se verifica absorcion; mas, si se trata de comparar tan sólo

FÍSICA INDUSTRIAL

dos combustibles de igual naturaleza, las varías clases de hulla por ejemplo, da entonces resultados bastante exactü"s, como veremos. Combustibles.

alumbrado, pueden utilizarse excepcionalmente para producir calor. T0dos estos combustibles están compuestos de hidrógeno y de carbono, cuyos dos cuerpos constituyen los elementos activos de la produccion del calórico.

CLASIFICACION.-Hemos dicho ya que, bajo Combustibles sólidos na.tura.les. el punto de· vista general, todos los cuerpos que, al combinarse con otro, emiten ó proMadera .- -L_a madera es el primer combusducen calor, pueden clasificárse entre los iible que se presenta para el uso del hombre. combustibles, si bien, bajo el punto de vista Su consumo se va reduciendo poco á poco á de las aplicaciones, su número se reduce con- causa de su alto precio, comparativamente al siderablemente, atendida· la dificultad de ob- de la hulla. tenerlos á · bajo precio y, por consiguiente, · La madera, segun Payen, está formada de encontrarlos en abundancia en la naturaleza, una materia llamada celulosa, de composición ó poderlos fabricar con facilidad. química perfectamente definida, más ó menos Los cuerpos que cumplen con esta condi- inyectada de materias orgánicas incrustantes, cion y que constituyen los verdaderd's com- cuyas proporciones varian en cada clase de _bustibles industriales, se reducen á un corto madera. número. La celulosa _pura, sea cual fuere el vegetal Se les puede dividir en tres clases, segun ó Ja parte de la planta de .donde se extraiga, su e'stado físico: presenta siempre la composicion siguiente: Combustibles sólidos. C" H'º 0 10 • Combustibles líquidos. Equivalente. Centésimas. Combustibles gaseosos. Carbono. e•·= 7 2 44'44 Los priméros son los más numerosos y los Hidrógeno. 6'18 . H'º = 10 que más se emplean. Oxígeno. . 49'38 º'º = 80 --Tambien se pueden distinguir: 100'00 162 Combustibles naturales. Combustibles artificiales. La materia incrustante de la madera es Los primeros son los que se encuentran ya más abundante en el corazon que en la albuformados en la naturaleza y, por lo tanto, no ra, en las maderas duras y pesadas que en necesitan ninguna preparacion especial para las maderas tiernas y ligeras. Contiene más carbono é hidrógeno que la celulosa, y á su utilizarlos. Tales son los combustibles vegetales, como presencia se debe, en los tejidos leñosos, el la madera, la turba, y los combustibles fó,;i- exceso de hidrógeno que existe en ellos. les, como la hulla. La composicion de las maderas es, á poca Los combustibles artificiales son los que se diferencia, la misma para todas l~s maderas obtienen por medio de ciertas operaciones en _llevadas á un mismo grado de desecacion. El • los combustibles naturales, con lo cual, por siguiente. cuadro da esta com posicion para carhonir_acion _se obtiene el carbon de ma- varias maderas desecadas completamente á dera y de turba, el coke; por destilacion se r 50º, sin las cenizas para que la comparacion obtienen el gas del alumbrado, los alquitra- sea más fáciL nes, los aceites y sus derivados; por agloComposicion de algunas maderas, por 100. meracion se obtienen los panes de casca, los EXCESO DE de hulla. MA DERAS C ARBONO HIDR Ó GENO OXÍGENO HIDR Ó GENO Tambien se pueden clasificar entre los combustibles artificiales cierto número de Ébano. 6'00 0'836 52'87 41'13 6'2.8 1 038 41'93 5 1'79 cuerpos; tales como los sebos, el alcohol, Abeto ... Encina .. 6 20 50'00 0'725 43'80 los aceites, que, si bien empleados general- I;Iaya .. 6 40 49'25 0'857 44'35 mente para otros usos, en particular para el Alamo. 48 00 1 6'00 46'00 0'250

DE ·LA COMBUSTION

La última columna da el e~ceso de hidrógeno, es decir, el que queda despues de deducir del hidrógeno que se encuentra en el co~bustible la cantidad necesaria para formar agua con el oxígeno de este combustible. .. d l d d , Las cemzas e as ma eras escortezadas no llegan á I centésimo; generalmente es o' 5 á 0'9 por 100: son más abundantes en las ramas y en particular en las cortezas, que, dan 2'5 á 3 por 100. _ . . El· ázoe, que no se cuenta en 1a compos1c10n anterior, no pasa apenas de 0'5 á I por 100. La proporcion de agua varía mucho en las maderas ordinarias des.t inadas á combustible, segun las circunstancias. Las recien corta.das contienen 45 por 100 y más aún, cuya proporcion se va reduciendo poco á poco puestas al aire, hasta 30 ó 25, y rara vez alcanza el 20 por 100 á los 18 meses de cortada: para que baje más debe emplearse la desecacion artificial. Potencia calorífica de las maderas.-Con relacion á la misma se ha encóntrado, empleando la ley de Dulong: Calórico producido por el carbono. . Calórico producido por el hidrógeno en exceso.. . .

0'50

X 8,oso = 4,040

0'00725

X 29,000

210

Calórico total producid0. . . .

Debe deducirse el calórico absorbido poi;- la vaporizacion del agua que se supone formada en la madera: enc~)Iltrándose el oxígeho y el hidrógeno en la proporcion de 8 : 1 y sjendo . el pesó de oxígeno de 0'438, el peso de agua será o' 438 X

§·

0'4,927; y el calórico absor-

bido por la vaporizacion del agua: o' 4,927 X 606'5 327'6 Para la potencia calorífica de la · madera de encina completamente desecada, queda 4,250 - 327'6 . 3,922'4. Si se supone que haya I por 100 de cenizas, para la madera desecada sin descortezar, se reducirá á 3,883. 'La madera comun para combustible, que contiene de 25 á 30 por 100 de agua, tiene una potencia calorífica mucho más baja, y se deduce de la cifra anterior considerando com-

Ffs1cA IND.

puesta la madera de leño y de agua. Así, para la madera con 30 por 100 de agua, se obtiene: Calórico producido por el lefio. . . . . . Calórico absorbido por la vaporizacion del agua.

0'70

X 3,883 = 2,718

0'30

X 606'5

Potencia calorífica de l;l madera con 30 por I oo t. . de agua. . . . . .

Visto esto, se tomará 2,500 como potencia calorífica de la madera con 30 por 100 de agua. Para la madera que contenga 25 por 100, la potencia calorífica será 2,700; y, con 20 por 100, 2,964. Se vé, pues, que la humedad ejerce una influencia considerable en la potencia calorífica de las maderas, de suerte que, para ciertas aplicaciones; ofrece inconvenientes muy graves, por cuanto el vapor producido se añade al peso de los gas'e·~ de la combustion, haciendo bajar la temperatura. En las fábricas de vidrio, por ejemplo, no será posible obtener nunca la temperatura necesaria para realizar el efecto industrial empleando las maderas ordinarias; por lo tanto, se deberán desecar artificialmente en horno~ antes de emplearlas~ En general, se considera que todas las maderas tienen sensiblemente la misma potencia calorífica, á saber: 3,800 calorías las maderas completamente desecadas, y 2,500 las que contienen 30 por 100 de agua. La industria y el comercio distinguen las maderás en duras y blandas, cuya distincion se basa en el modo como se opera la combustion. Con el, fuego, la madera blanda se ~iende, da mucha llama y arde coJJ. rapidez. El abeto, el álamo, el abedul, son maderas blandas ó ligeras. Las maderas duras, esto es, la encina, el haya, el olmo, el fresno y el ojaranzo, p0r lo contrario, permanecen compactas en el fuego;· producen primero llama y se transforman luego en carbon, que arde tanto más lentamente cuanto mayores sean los troncos. Las maderas duras tienen una densidad notable·mente mayor que l~s maderas blandas. Tambien se dividen las maderas de combusT.

11.-3

FÍSICA INDUSTRIAL

tion en maderas nuevas, maderas lavadas ó de balsa, y maderas peladas. Las maderas nuevas son las que se transportan en seco. Las maderas lavadas son las que se transportan flotando por los rios ó canales. Las maderas peladas son simplemente maderas descortezadas. El metro cúbico de madera para combustible, en troncos gruesos, encina ó haya, pesa de 3 50 á 400 kilógramos; el abeto de 300 á 3 50 kilógramos . Esta madera se vende á peso. ó á volúmen : en el primer caso, debe tenerse en cuenta la cantidad de agua higroscópica que conteH:ga; en el segundo, la manera de disponer los troncos . De todos modos, es muy difícil, sin ensayos preliminares, poder darse cuenta de la cantidad de materia combustible que se compre. Casca.-La casca es la corteza de la encina que ha servido para el curtido de las pieles. Al salir-de los depósitos, y simplemente evaporada colocándola por corto tiempo sobre el terreno, la casca contiene aproximadamente 70 por ciento de agua. Secada al aire libre ó al sol, por ·capas de 0 ' 15 á • 0 ' 20, la proporcion de agua se reduce al poco tiempo á · 45 por 100. Haciéndola pasar directamente p·o r una prensa de cilindros ó por una desecadora se obtiene' el mismo efecto que por desecacion al aire libre. Evaporada durante mayor tiempo al aire, la proporcion de agua puede bajar hasta 25 ó fo por 100. Para facilitar su empleo en los usos domésticos se comprime en moldes cilíndricos, for,,., mándose así los llamados panes . La composicion de la casca sólo se diferencia ·de la de la madera por una mayor cantidad] de cenizas, qu~ aloanza á 10 y, á veces, á 15 por 100. Estas cenizas producen ana combustion lenta rµuy conveniente _para ciertos usos. Hoy dia se emplea la casca en algunas fábricas, quemándola en hogares especiales que se describirán á su debido tiempo . La potencia calorífica de la casca que contenga 48 por 100 de agua, ~o por ciento de cenizas, y, por consiguiente, 42 por ciento de leñoso, se calcula como para la madera :

Calórico producido por el lefioso. . . . '. . . . . . 0'42X3,922=1,647 Calórico absorbido por la vaporizacion. . . . . 0'48X606'5= 291 Potencia calorífica. .

. ..

1,356

Los experimentos practicados en una caldera de vapor, con carbon que contenía 48 · por ciento de agua, dieron 0 ' 82 kilógramos de agua vaporizada por kilógramo. Siendo el calórico necesario para vaporizar 1 kilógramo de agua á oº, de 650 calorías, se utilizarán 0 ' 82

X 650

= 533 calorias;

de suerte que, con la potencia calorífica calculada antes, el rendimiento es de 40 por 100, aproximadamente. Turba.:-La turba es un producto natural que se forma en e1 centro de ciertos pantanos por la agrupacion de plantas herbáceas, las cuales, bajo la accion del tiempo, se descomponen y producen un combustible esponjoso, pardo oscuro; presentando las huellas de los vegetales que Jo constituyen. La turba recien extraída contiene mucha agua, que, desaparece en parte exponiéndola al aire. La composicion de la turba pura y desecada, sólo se diferencia de la de la madera por una mayor cantidad d~ carbono y menor cantidad de oxígeno, cuya modificacion es tanto más notable -cuanto más vieja sea la turba. • Si se prescinde de las cenizas y del agua, que varían en una p~opor.cion muy grande, la composicion de las turbas está comprendida generalmente entre los límites .s iguientes: Carbono . . Hidrógeno Oxígeno y ázoe.

.•.

58 á 64 por 100 56-64 30-36

La turba ordinaria contiene muchas cenizas, generalmente de 4 á 8 por 100, llegando á veces á 15 por 100. Despues de una desecacion prolongada, al aire, <:ontiene, al igual que la madera, de 25 á 30 por 100 de agua. Al arder despide un olor especial muy desagradable, que, limita mucho su empleo y la hace muy poc9 á propósito para el caldeo doméstico .

DE LA COMBUSTION

h )

La potencia calorífica~de la turba depende -carbon en capas de gran potencia y fáciles de de su composicion química·, de la cantidad de explotar. Se encuentran hullas en todas las cenizas y de la proporcion de agua. Calcula- latitudes, lo mismo hácia los polos que en el da con la ley Duiong se obtienen los resulta- Ecuador, pero no se han encontrado en Suedos siguientes: cia, Noruega, Italia, Grecia y mucha parte Para la turba pura y completamente dese- del territorio ruso. Inglaterra exp°lota en el cada que tenga la composicion química lí- dia más de 800 millones de quintales de hulla, mite expresada antes, la potencia .. calorífica y consume 400, exportando los restantes; la está comprendida entre Rélgica explota más de 70 millones; la ' Francia 10 y consume sobre 150, haciendo una y 5,618. 4,875 importacion de 40 millones, próximamente, y Para la turba que contenga 6 por 100 de una exportacion de 1 millon. En muchos puntos de España se han enagua, se redúce á. ·contrado criaderos muy extensos que dan y 3,012 3,725. excelentes carbones. El punto más imporEstos son los límites dentro de los cuales se . tante en el dia es Asturias, en donde se halla ordinariamente comprendida la potén- encuentran en una extension de 12 á 13 le·guas de longitud, por más de 6 de a.ncho, si ·cia calorífica de las turbas; bien las capas están interrumpidas en varios Combustibles fósiles. puntos; el número de estas es grande,- y alde bastante potencia; los puntos notagunas se fósiles combustibles de Con el nombre comprenden aquellos, tales como los lignitos, bles son lós consejos de Langreo, Siero, Mielas.hullas y las antracitas, que se extraen del res, Lena, Tudela, Llavera y Avilés. Se seno d~ la tierra en capas más ó menos com- explota para el consumo del país, exportánpactas y gruesas. A pesar del nombre que dose además una cantidad que pasa de 4 migeneralmente se les da, su orígen es vegetal y' llones de quintales al año. En Cataluña, se provienen, como ya hemos dicho antes, de la encuentra en la cuenca de San Juan de las transformacion-de vegetales por la á.ccion del Abadesas, en una extensiqn de 4 leguas, que, tiempo y de la presion. sigue despues hasta Francia en otra extension .. La designacion de estos combustibles varía igual, pero poco estüdiada, desarrollándose de segun el país y la naturaleza especial de los nuevo junto al pueblo francés llamado la que se esplotan en él. Manesa. En San Juan se han descubierto En,J.os combustibles ¡fósiles se distinguen hasta unas 8 capas, cuyas potencias son desde generalmente las especies siguientes, clasifi- 1 metro á 18; en el Pla d' ·en Dolce es de cadas por orden geológico, principiando por 17 metros. El criadero se encuentra en la márlos que más se asemejan á la madera. gen derecha del río Ter, á una distancia de Lignito lefioso; 12 á 15 horas del. puerto de Rosas y 22 de Lignito perfecto; Barcelona: los puntos notables, son Mare de Deu, Juncá, Pinté, Cavas, Pla d' en Dolce y Hulla seca, de llama larga; Gallina. En la provincia de Córdoba están Hulla para gas (grasa de llama larga); los criaderos de Espiel y Belmez, en una exHulla grasa, de herreria (ó de forja); tension de 14 leguas y á 6 de Córdoba, proHulla semi-grasa; Hulla seca ó dura, de llama corta, ó antra- duciendo ricos carbones que se consumen en Jaen, Linares, Alrnaden y algunos otros puncita; tos. En Palencia se hallan los criaderos de Antracita. Inglaterra y Bélgica son los paises en que Orbó, en ·una extension de 20 leguas, pero hasta el dia se ha encontrado más extension muy interrumpidos; producen excelentes carde terrenos de carbon explotable, relativa- bones que se consumen en Valladolid, Madrid mente á su superficie. En Inglaterra se calcu- y algun otro punto, si bien se explotan poco la como carbo"nífera la vigésima parte de su á causa de la falta de medios fáciles de transextension: los Estados Unidos tienen mucho porte. En Leon vénse los criaderos ·d e Sabeso,

FÍSICA INDUSTRIAL

en una cuenca de 4 leguas que produce exce- cuenta su mucha extension y las diferentes lentes carbones, aunque en escasa explota- capas en que se hallan, ,por lo general; pero cion. En Santander tambien se encuentran los podremos decir, sin temor de equivocarnos, buenos carbones de Reinosa, que, se explotan que en España se pueden obtener carbones tan para el c_onsumo de alguna fábrica y tambien buenos como en otros paises y de fácil explopara transportar á Madrid. En la provincia tacion; mas como el transporte hace subir mude Sevilla figura la cuenca de· Villanueva_, á cho su precio en los puntos que debieran ser 4 leguas de Sevilla, en la ribera del Guadia- centros de la industria, y como el consumo es to, que, en ·una extension de media legúa, poco por esta razon, las explotaciones se produce carbones muy bituminosos que se hacen en muy pequeña ·escala en· la mayor emplean en Sevilla para alguna fábrica, y parte de los criaderos, lo cual tambien aumenpara la navegacion. En la provincia de Cuen- ta el corte. A continuacion presentamos los ca, en Hinarejos, se encuentran ·t ambien hu- resultados obtenidos en muestras de diferen'"" llas, pero no se explotan por no tener con- tes criaderos, pero, es evidente' que no bastasumo. En Vizcaya hay carbones, aunque en rán para formar una idea exacta de las hullas pequeña cantidad. Pudiéramos citar aún mu- que estos producen,- puesto que, co·mo hemos chos puntos en donde se conocen hullas, dicho, varian las calidades en una misma expero los. criaderos son· pobres ó no se explo- plotacion, á cada punto: las observaciones, poi:_ tan, y, por tanto, no tienen importancia. Tam- . tanto, se refieren á los ejemplares ensayados. poco es posible clasificar las hullas de los Además, en esta tabla las cantidades de cok, criaderos que hemos citado, pues, en muchos gases y cenizas son en peso por roo, y lapode ellos se encuentran hullas de todas cla- tencia calorífica se ha determinado por la reses, lo que no es de extrañar teniendo en duccion del óxido de plomo.

Nombre de la localidad .

Peso especifico

Provincia,

Langreó .. Mieres .. Avilés. Mare de Deu ... Juncá .. Pinté .. Covas. Pla d' en Dolce. Gallina .. . .. Es piel. Orbó ... Sabero .. Reinosa ... Villanueva del Rio. Hinarejos ..• .. . . Vizcaya.

Asturfas . Asturias . Asturias . Gerona. Gerona. Gerona. Geroná. Gerona. Gerona. Córdoba .. Palencia .. Leon ... Santander Sevilla .. · 1 Cuenca. »

1'2483 1'2.321 1'.3072 l '27.35 l '3172 1'2965 1'.3476 1'56.37 1 '4 275 1'3256 1'272§ 1'27.3 1'.3019 1'2708 1'.385§ ·1 1'.314

Cok producido

-70 64 67 72 78

70 64 69 68 65 67 62

.63

Potencia Gases volatili· Cenizas. calorlfi.ca , zados.

-- -6'l!

30 36 33

28 22 27 JO

. 36

4'3 4 6'5 7'2 1

3'5

JI ·J2

4'3

35 33

' 5'6 6•2

4'3

35 38 37

7'3

Lígnítos.-Los lignitos sirven de transicion entre la madera y la hulla. El lignito leñoso pertenece á terrenos muy modernos, encontrándose en los- menos descompuestos la forma de los vegetales que . lo han formado. La composicion del lignito leñoso seco, desprovisto de cenizas, varía entre los límites siguientes:

6'7 5'1

OBSERVACIONES

Laminosa brillante, algo frágil, 4. ª clase. Laminosa compacta, 2. ª clase. ' Bastante grasa, cok esponjosp, casi 1. ª clase. Bituminosa, buen cok, 3. ª clase. Compacta brillante, 4. ª clase. Bituminosa, buen cok, .3.ª clase. Compacta, algo piritosa, casi 5. ª clase. Compacta piritosa, 5. ª clase. Bituminosa, algo piritosa, 2.ª clase. Compacta laminosa, 2. ª clase. Compacta dura, 2. ª clase·. · Compacta brillante, 2. ª clase. Laminosa frágil, buen cok, J·ª clase. Muy bituminosa, 2.ª clase. · 6683 1 Compacta laminosa, 4.ª clase. 6582 Escamosa brillante, dura, 4. ª clase.

6387 7º72 710.3 7040 6967 6802 5841 5256 5268 7328 6897 6902 7005 ' 6798

Carbono .. Hidrógeno. Oxígeno y ázoe .

26 -

68 por

100

La proporcion de hidrógeno, en exceso so..: bre el .1;1.ecesario para formar agua con el oxígeno del combustible, varía de I' 5 á 2 por 100. El lignito puro y seco, destilado, da una proporcion de carbon de 35 á 40 por rno; por

DE LA COMBUSTION

lo tanto, existen 60 á 65 por 1_00 de materias volátiles. La proporcion de cenizas es ordinariamente de 2 á 6 por rno, alcanzando á veces el 10 por 100. El lignito leñoso, produce al arder, como la turba, un olor piroleñoso muy desagradable. La potencia calorífica es un poco mayor que la de la turba, variando entre 4,000

4!800.

El lignito perfecto es aquel en el cual no se encuentra ninguna parte leñosa. La descomposicion de los vegetales es tal, que le da casi el aspectó pétreo de la hulla. La composicion química, deducidas las cenizas, varía entre los límites siguientes: Carbono. .. . . Hidrógeno. . . Oxígeno y ázoe.

. .

. 70 á 7 4 por I oo 5'5 . , S. 20 - 25

ce la ventaja de impedir que la carboniza pase á través ~e la rejilla y se pierda. Las hullas grasas producen en general mucho humo. Las hullas secas no se hinchan; los pedazos conservan sus formas é intérvalos, y, como permiten el fácil paso del aire, deben arder en capas muy gruesas. Al contrario de lo que · se practica con las hullas grasas, debe evitarse ·el escarbar con frecuencia la rejilla para no perder coml;rnstible. Entre los tipos extremos (hullas grasas y hullas secas) se encuentran hullas intermediarias, llamadas sernigrasas, cuart-grasas, segun se aproximen á las -grasas ó secas. Hulla seca, de llama larga.-Estas hullas tienen un aspecto mate y empañado. Son fá.'.. ciles de encender y arden produciendo una llama, larga y clara que les da el nombre. Se consumen prontamente y dan un cok pulverulento ó, á lo más, muy quebradizo. Su composicion química, qu~ se asemeja mucho á la de los lignitos, está comprendida entre los límites siguientes:

El hidrógeno en exceso es de 2 á 3 por I oo. Lós lignitos perfectos arden bien, producen una llama larga y blanca, que, . general:.. mente .e s indicio de la presencia de una gran cantid-ad de oxígeno; pero no se conservan por 76 á 80 por 100. Carbono. · . mucho tiempo, gastándose pronto por no Hidrógeno. -5'5 5producir cok. El humo conserva un poco el 15 - 20 Oxígeno. . olor del ácido piro leñoso. La proporcion de cok, procedente de la desLa potencia calorífica del lignito perfecto ordinario es de 5,500 á 6,600, segun su com- tilacion en vaso cerrado, es de 50 á 60 por 100. posicion. Ciertos lignitos grasos, que contie- · La potencia calorífica de la hulla seca, de nen gran cantidad de hidrógeno, producen llama larga pura, está comprendida entre 8,000 y 8,500. de 7;000 á 8,000 calorías. La hulla ordinaria de esta especie, que conSometido á la destilacion desprende de 50 10 á 12 por 100 de cenizas, no produce tenga á 60 por 100 de materias volátiles, dando, por más de 7, ooo á 7, 500 calorias. lo tanto, de 40 á 50 por 100 de carbon. Segun laJey Dulong, sól? es de 6,800 á Hullas.-En las hullas, la descomposicion vegetal es más adelantada que en los ligni- 7,300 calorías. Hulla para gas.- Estas hullas son las que tos; no quedando ningun resto de orígen vecontienen el máximo de hidrógeno, de 5'20 á getal. por rno; y tambien el máximo de hidró8'20 Se dividen generalménte en dos grandes clases: las hullas grasas y las hullas secas, geno en exceso sobre el necesario para _forcuya division está basada en las notables di- mar agJ.Ia con el oxígeno del combustible. Presentan ~na superioridad muy marcada . ferencias que presenta su combustion. la fabricacion de gas para el alumbrapara Las hullas grasas se hinchan bajo la accion del calor, experimentando una especie de fu- do, tanto bajo el punto de vista del volúmen sion pastosa que pega y aglutina los pedazos producido como de la potencia alumbrante. entre sí; por lo mismo, se ve obligado el fogo- Su composicion es: por 100. 80 á 85 nero á romper á menudo estas masas para Carbono._. . . 5'80 5'20 . . Hidrógeno. manse y aire del paso el intercepten que no 15 8 Oxígeno y ázoe.. tenga la combustion. Esta aglomeracion ofre-

FÍSiCA INDUSTRIAL

.La proporcion de hidrógeno en exceso es El carbon llamado de Charleroi es el tipo de 3'50 á 4'50. Dan 60 á 80 por 100 de cok de esta especie. muy requebrajado; por consiguiente, 32 á 40 Para el carbon seco y puro la composipor rno de materias volátiles. cion es: El tipo de la hulla es el candle coal, que, es Carhono .. 87 á 89 por 100 una hulla compacta, de fractura conchoidal Hidrógeno . . 4 - 5 pulimentada. Arde con llama larga y blanOxígeno y ázoe. 6- 8 ca, semejante á la de una vela, lo c11al le había dado el nombre de candle coaf A pesar Dan de 82 á 84 por 100 de cok muy comde su composicion, no es adherente su car- pacto, poco requebrajado. Estas son las hullas bon como la hulla para el gas ordinario. que dan el mejor cok y en más cantidad. La potenciacalorffica de la hulla pura para La proporcion de materias volátiles es de gas varía entre 8,500 y 8,800: con las cenizas 18 á 26 por roo. baja hasta 7,500 y 8,000. La potencia calorífica de ~stas hullas, al esHulla grasa de herreria.-Las hullas de tado puro, es de 9,300 á 9,600; por lo tanto, esta especie son eminentemente adherentes, son lás que tienen mayor potencia calorífi~ lo cual las hace muy útiles para los hogares ca. Al estado ordinario se reduce á 8,200 de las forjas, en donde se necesita formar con y 8,600. el combustible cavidades que concentren el Hulla seca de llama corta, ó antracita.caior. Arden con Üama larga y fuliginosa ó Estas hullas contienen poca cantidad de gas cargada de hollin, y forman sobre las rejillas y, por lo tanto, son de combustion ·difícil. Al una especie de aglomerados que deben rom- principio .arden con llama corta y blanca, que, perse para permitir el paso del aire. se convierte en azul al perder todo el oxígeEsta propiedad adherente facilita el empleo no y transformarse el combustible en cok. Se de todo el cisco, que, se aglorµera y no pasa las estima tanto más cuanto más se aproxipor los ~!aros de___ la rejilla como el de las hu- men á los carbones semi.:.grasos. llas secas. Su composicion (sin agua ni cenizas) es: La composicion de esta hulla, desprovista Carbono.. . . 89 á 92 por 100 de agua y de cenizas, es: Carbono. . . Hidrógeno . .• Oxígeno y ázoe.

83 á 87 por 100 4'8 - · 5'5 -

Hidrógeno.. . Oxígeno ázoe.

3 -

4 -

El hidrógeno en exceso es de 2'5 á 3'20 por 100. Estas hullas dan 82 á 90 por _roo de cok El hidrógeno en exceso es de 3'30 á 4 por roo. Dan de 68 á 74 por rno de cok fundido y quebrado y pulverulento, y, por consiguiente, ligeramente compacto, es decir, 26 á 32 por tan sólo ro á 18 por 100 de materias volároo de materias volátiles. tiles. La potencia calorífica de esta hulla, desproLa potencia calorífica de la hulla pura es vista de cenizas, es de .8,800 á 9,300. Para de 9,200 á 9,6no, la cual se reduce á 8,000 y la hulla del comercio debe deducirse apro- 8,400 para la hulla ordinaria .q ue contenga 10 ximadamente el ro por 100 de estas canti- á 12 por I oo de cenizas. dades. Su bajo válor comercial se debe á la faHulla semi-grasa. - Los carbones semi- cilidad con que se reducen á polvo y su difígrasos dan llama corta, blanca _y poco fuligi- cil combustion. nosa. Son menos adherentes que los carbo.:. Antracita.-La combustion de las antracines grasos y constituyen excelentes carbones tas es dificultosa por contener po,a cantidad para rejilla, por cuanto, se mantienen bien en de ga~es combustibles. Se consumen lenta, el fuego, desarrollan mucho calórico y promente, produciendo una llama corta y azuladucen poco humo. Son los más estimados da. En vez de adherirse los fragmentos, depara el caldeo de las calderas, los caloríferos crepitan generalmente en el fuego, perdiény los usos domésticos·. dose el cisco ·á través de la rejilla, por cuyo 8

DE .LA COMBUSTION

motivo se las emplea poco en la industria, llegando hasta- el punto de considerarlas incombustibles. El cisco se utiliza para la cochura de los ladrillos y de la cal, interponiéndolo entre los lechos de las materias que se tratan. Su falta de adherencia facilita su empleo en estos casos. La composicion de la antracita pura y seca, es:

2.3

Carbono.. Hidrógeno. . Oxígeno.. .

93 2

2'50 -

á 95 por 100

3'50 4

El hidrógeno en exc;:eso es tan sólo de 1' 50 á 2'50 por 100. La antracita da 90 á 92 por roo de cok, en polvo siempre, y 8 á ro por 100 de materias volátiles. La potencia calorífica de la antracita ordinaria es de 7,800 á 8,.300.

Oomponentes y potenoia·s caloríficas de los combu,stibles sólidos naturales. POTENCIA CALORÍFICA COMPONENTES DEL COMBUSTIBLE PURO Y SECO, POR 100 Productos OB.L C0MBUSTIBLll de la carbo- ' nizacion, Hidrógeno Puro y seco. Carbono. Ordinario. Hidrógeno . Oxígeno. por 1 OO . en exceso .

Madera .. Turba. Lignito leñoso. Lignito perfecto .. Hulla seca, de llama larga. Hulla para gas. Hulla grasa para forja .. Hulla semi-grasa. Hulla seca, de llama corta. Antracita. .·

48 á 5.3 58 64 58 68 70 76 80 85 8.3 87 87 89 89 9ll 9.3 95

i¿

6 á 6,40 5,60 6,40 6 5 5,5o 5 5,5° 5 5,20 5,80 4,80 5,5o 5 4 4 .3 2 .3,50

á 46 41 .36 .30 26 .37 20 .35 20 15 8 15 l ll 8 8 6 6 4 2,50 4

0,.3 á 1 1,80 2,50 !2 1,5 2 .3 .3,50 .3 .3,50 4,5o .3,.30 4 4 .3 ll,50 .3,20 1,50 2,50

.30 á 40 .35 40 .35 40 40 50 50 60 60 68 68 74 74 82 82 90 90 92

.3 600 á J 800 4 800 5 600 4. 800 5 600 6 ººº 7 500 8 000 8 500 8 500 8 800 8 800 9 .300 9 .300 9 600 9 200 9 500 9 000 9 400

!2 400 á !2 500 .3 ººº .3tº 4 000 4 00 5 500 6 600 7 !200 800 000 7 500 800 8 .300 .300 8 600 8 000 8 400 7 800 8 .300

La calidad grasa de las hullas coincide con la mayor proporcion de hidrógeno en exceso. En las composiciones químicas indicadas Examinando el anterior cuadro se notan se ha confundido siempre el ázoe con el oxívarios hechos importantes. A medida que se geno por encontrarse en cantidad insignifiva operando la descomposicion de los vege- cante; aproximadamente á 1'25 por roo, sin tales, es decir, qu~ el combustible es más anti- exceder nunca de 1'80 por roo. El agua entra igualmente en cantidad muy guo, que se pasa de la madera á la antracita, pequeña en las hullas: 0'50 á 2 por 100, á lo se observan los hechos siguientes: La proporcion de carbono aumenta de más, para las hullas resguardadas. La canti1. º dad de agua de lluvia, absorbida, varia de I á 0'50 para la madera desecada á 0'94 para la antracita. 5 por roo. Las cenizas tambien entran en cantidad mí2. º La proporcion de oxígeno y de ázoe disminuye y varía de o' 4.3 para la madera de- nima; de r á 2 por roo en los trozos escogidos más puros. Considerados los carbones en secada á 0'0.3 para la antracita. masa des pues de escogidos á pie de mina, con.3. º La proporcion de hidrógeno dismin utienen, en general, de 5 á 12 por roo, lleganye igualmente de 0'062 á 0'0.30. En una palabra, la proporcion de carbono do á veces al 20 por 100 . . Las c:enizas se componen generalmente de aumenta en detrimento de los gases. 4. º La proporcion de hidrógeno en exceso arcilla y de cuarzo, más ó menos tomados de aumenta al principio de 0'00.3 para la madera color por el óxido de hierro procedente de á 0'045 para la hulla á gas, y disminuye lue- laf piritas ó del carhonato de hierro mezclado con la arcilla. Tambien se encuentra el go, reduciéndose á o'or 5 para la antracita. Observaciones relativH á los combustibles sólidos naturales.

24 FÍSICA INDUSTRIAL fósforo y el azufre como efecto del fosfato de exactos que la de Dulong, pero, son aún bahierro y de piritas sulfurosas. jos en IO á ·12 por rno, comparados con la Asimismo se distinguen las hullas segun la o1bservacion. naturaleza de las cenizas. L. Cornut publicó un estudio muy inteCuando las cenizas son algun tanto fusi- resante sobre la potencia calorífica de las bles, forman sobre la rejilla masas aglutina- hullas. Este ingeniero distingue en la hulla el das, llamadas de cagafierro ó escort"a, que di- carbono fijo y el carbono volátil (siendo este ficultan el paso del aire, en cuyo caso, se último el que se desprende al estado de hideben romper y sacarlas por la portezuela drocarburo durante la carbonizacion), y caldel·hogar. cula la potencia calorífica con la fórmula: Si las cenizas no son fusibles se reducen á polvo y caen naturalmente á través de la 'N' = 8 0,80 Cr + 11,214 Cv + 34,46.2 H. rejilla. La cantidad de cenizas varia mucho segun Cr es el peso de carbono fijo, por kilo de las procedéncias y la capa que se explota, lo combustible. cual se determina por experiencia, influyenCv· el peso de carbono volátil. do esto mucho en la potencia calorífica del H el peso de hidrógeno. combustible y su valor industrial. Ir, .2 r 4 es la potencia calorífica del carbono volátil deducido de la combustion del óxido Potencia. oa.lorifioa. de la.e hulla.e. de carbono. Pero, corno el carbono volátil no se encuenPara determinar el calórico suministrado se tra en realidad en estado libre, esta fórmula emplea el calorímetro modificado de Fabre y sólo da una aproxirnacion, si bien de resulSilbermann, con cuyo experimento se de- tados más aproximados que los de Scheurermuestra que la potencia calorífica de la hulla Kestner y Meunier. · es siempre notablemente superior á la que se Aplicando simplemente la -ley de Welter, deduce <:Ie la ley Dulong. N = m P º , á los experimentos de ScheurerKestner y Meunier- Dolfus , se encuentran para m los valores comprendidos entre 3,577 N=8,o8o c+34,462 (~ - ~)- . y 3,189, siendo la promedia 3,360; de modo Con esta ley, bajo el_punto de vista del que, para obtener la potencia calorífica de una calórico emitido, se considera la hulla como hulla cuya composicion elemental se conoce, una simple mezcla de carbono, hidrógeno y basta calcular el peso de oxígeno P necesaagua. U na parte del carbono se combina con rio á la combustion, por la fórmula: el hidrógeno, y forma hidrocarburos cuya potencia calorífica es mayor. Scheurer-Kestner y Meunier dan la fórmula y determinar luego N por la fórmula N = m Po, haciendo m = 3,360, lo cual da: N = 8,080, C + 34,46.2 H, O

lo cual supone que el carbono se encuentra al estado sólido, y que el hidrógeno, no tan sólo se combina con el oxígeno, sí que conserva la misma potencia calorífica que al estado gaseoso. Esta fórmula da resultados mucho más

N =.26,880 (;

H).

El cuadro que sigue da los resultados comparados de las potencias caloríficas observadas y calculadas con esta fórmula y con las de Dulong, Scheurer-Ketsner y Cornut.

DE LA COMBUSTION

Potencias caloriftcas de las hullas.

PROCEDENCIAS

- Observada por ScheurerKestner y Meunier .

CALCULADA CON LAS FÓRMULAS

Scheurer-Kestner yMeunier.

Dulong.

CÓrnut.

N= 26880(

Ronch a mp :- n. 0 r. n . 0 2. I l1.o 3• Eludw eiler. A,ltenwald .

9' 163 9'117 9'08 1 8'724 8'633 8'6 03

Sulzbach . . I;Ieinitz. . . . . Von der Heydt . . - Friederichstha l. . Louisent-hal. . .

8'487 8'462 8'467 8' 215 9'622 9'456 9'4 2 5 9'263 8'325 9' 1 l _l

Ci eusot : grasa. . . .. antra citosa. semi-grasa. seca . .. . Blanz y : M o-ntceau . • anfracitosa. .. N ó rte : Anzin. . Denairi ..Inglesas : n. 0 1. .• n . 0 2 ••

, '

9' 2 57 9'050 8'780 8'9 491

Ensayo de las hullas.

Es' muy difícil poder apreciará simple-.- vista 1-a calidad de los carbones. La cantidad exagerada de·. cenizas -comunica á la hulla un aspecto mate y terroso que puede ser quizás 1,1n indicio, pero que da una apreciacion muy vaga . . Para conocer el valor de una huifa deben practicarse ensayos de potencia calorífica. · Con uri: calorímetro análogo al de- Favre y Silbermann se podrá -obtener cori precision la potencia calorífica y la cantidad de cenizas; pero, este ensayo exige cuidados· muy minuciosos y análisis de gas, imposibles de practicar industrialmente, por cuyo motivo, en general, ·basta con un análisis inmediato. Se .c-arboniza _la hulla en un crisol e.e rrado, que se coloca en un horno ·· de mufla, con lo cual se determina la cantidad de materiás volátiles y la naturaleza del cok; y, quemándola luego ·e n un crisol ·abierto, se obtiene la cantidad de cenizas. -Estos datos permiten apreciará qué especie pertenece la hulla y si está conforme con la muestra ensayada. , -·Para est9s ensayosJ que se practican en peFfsicA IND ,

8'822 8'354

8'29-1 7'·8 6r 7'810 7'900 . 7'575 7'8 28 7' 277 7'03 1

,, -

9'032 8'664 8'.63 6 8'3578'347

8'41 6 8'126 8'406 7'980 7 '823 -

8'-365 8'452 8'370 8'5 74 7'455 8'293

8'668 8'620 8'690 8'797 8'1 5 1 8'657 .

7'779 7'8..2 0 -8'562 8'7 r 7

8'264 8'309 8'77 9 8'865

9'5 29 9'230 9' 1 r4 9'014 8'96 1

9'429 9' 106 9'058 8'753 8'928

8'770 8'477

8'716 » 8'645 . 8'485

8' 903 8'330

8' L32

9'¡ 12 9'1¡"6 9'1 71

8'849 9'006 . 9'022 8'9 27 »

9 12 73

8'445 9_'064

8'503 8'73 5

8'698 8'7 II 9'190

» »

9'373

queñas cantidades, deben elegirse las muestras de modo que se obtenga un,a cálidad media, para lo cual debe operarse con método. Se tomarán urios 50 kilos de varios puntos del cargarr;¡ento; se pulverizan groseramente, mezclándolos tanto com_o sea posible. Se t_o man de varios puntos de esta mezcla otras varias partidas hasta obtener unos .- ~ kilos, que, se pulverizan con m~s cuiclado; se mezcla bien el _polvo obtenido,- repitiéndose lo mismo para obtener unos roo ó 200 gramos, los cuales se introducen en un frasco cerrado, del que se extrae la muestra para el ensayo. -· El ensayo mª s import~n.te, ,_bajo el punto de - vista industrial, consiste en quemar cierta cantidad d~ hulla debajo de una ~c:;i.ldera de agua ó de vapor. La elevaci on de teÍnper~tÚ..rn_ del agua, ó el número de kilógramos de agua vaporizada , en idénticas _condidones, permiten evaluar el valor comparativo de varias hullas. Además, eI resíd~q, en ceniza_s ó en escoria, dará la proporcion de materias extrañas . . Ciertas.hullas, particularmente las destinadas á la fabricacion del gas ; se alteran rápidaT. II.-4

FÍSICA INDUSTRIAL El jayet es un líquido bituminoso cuya remente al aire á causa del desprendimiento de gases combustibles, lo cual hace que dismi- quebradura es como la del cannel coal, pero nuya notablemente su potencia calorífica . .Es más brillante. conveniente, pues, emplearlas tan pronto Combustibles sólidos artifioia.les. como se pueda despues de su extraccion de la mina . Este desprendimiento de gases determiCoMBUSTIBLES CARBONIZADos.-Los combusna una especie de combustion lenta, que, en tibles .naturales de que se acaba de tratar no los grandes acopios de hulla es tan acentuada, es posible emplearlos .d irectamente para cierá veces, que produce el calentamiento y hasta tos usos industriales. La madera, por ejemplo, contiene cierta la inflamacion .de la masa; fenómeno que se produce con frecuencia en los buques. Para cantidad de agua , que, haciendo bajar la temevitarlo, deben estivarse estas hullas por ca- peratura calorífica y aumentando el volúmen pas-de poco grueso, para que el calor no puede los gases de la combustion, no permite da concentrarse, evitándose al propio tiempo obtener la tempera tura necesaria para el efecel peso sobre las capas inferiores y por lo to industrial que se desea. De ahí la necesidad de separar esta agua por medio de una tanto la formacion de cisco. operacion preliminar. De este modo se obtieCombustibles fósiles varios . en varios productos:·el leñoso, por una fuerte Para completar lo relativo á los combus- desecacion que le quita el agua higrométrica; tibles fósiles, falta tratar de algunos produc - el carbon.,-ojo; y, en fin, el carbon de madera, tos naturales, eminentemente combustibles, por medio de una carbonizacion ó com busutilizados generalmente para aplicaciones es- tion incompleta · que casi le quita todos los peciales. gases. La hulla contiene materias extrafias, tales El asfalto, que se encuentra en Méjico, es una especie de brea grasa, sólida en frío antes como los esquistos,. el azufre, etc., que, no tan sólo disminuyen su potencia calorífica, si de 100º. que tambien perjudican la calidad de los Segun Regnault, su composiciones: productos. Se les desaloja por medio de lava81 '46 por 100 Carbono. . . dos ó por calcinacion, lo cual les quita gran Hidrógeno.. . 9'57 parte de los gases y produce el cok ó carbon 8'97" Oxígeno y ázoe. de hulla. , CARBON DE MADERA.-Haciendo arder la Los betunes que se explotan en Alsacia y en América pueden clasificarse igualmente entre madera de modo que el aire sólo esté .en pelos combustibles fósiles. Su composicion e_s: quefia cantidad, el agua, oxígeno é hidróge~ no y demás cuerpos volátiles se marchan y Bolun Betun de América. de Alsacia. quedan sólo· el carbono _y las cenizas, for77 ' 52 por roo 87 ' 00 Carbono. . . . mando lo que se llama carbon; segun esto, l 1'20 9'58 Hidrógeno. . . la transformacion de una madera en carbon, 1'80 12'95 Oxígeno' y ázoe. ó sea, la carbont'r_acion, no es más que la sede los pr.incipios volátiles y fijos, paraciom. de 2'37 hay oxígeno, de 12'95 De estos del calor, el cual es producido por medio por ázoe. de una parte de la madera emcombustion la . El Boghead es un esquisto bituminoso del . terreno hullero de Escocia. Por destilacion pleada, pudiéndose hacer tambien la misma se extraen varios aceites de él<., y en Jras fábri- separacion por medio del calor producido por cas de gas se afí.ade al carbon para aumen- otro combustible que no sea una parte del tar la potencia luminosa del gas producido. que se carboniza, siempre que se djsponga la operacion del modo conveniente: examinare- · Su composicion es la siguiente : mos despues estos dos métodos. por I oo á 65 60 Carbono. . PROPIEDADES DEL CARBON.-El carbones un 9' 28 8'86 Hidrógeno. . . . sólido que arde sin llama, formando ácido 5'46 4'38 Oxígeno. . . . . carbónico, gue es un gas invisible, ó. con 24 18 Cenizas, azufre, etc.

DE LA COMBUSTIO'!g

una llama azulada sino encuentra bastante oxígeno para arder, que es la del óxido de carbono que forma en este caso: puede tener agua y tambien algo de hidrógeno, que se convertirá en agua al arder, pero, ésta forma, -rá tambien vapor invisible, resultando de aquí que los resíduos de la combustion del carbon son gases invisibles, por lo .cual se dice que no for.ma humo. Est'hs y otras causas lo hacen emplear para muchos usos en que no sirve la leña, y así se esplica el que se fabrique carbon á pesar del gasto que ocasiona el-combustible quemado y la mano de obra necesaria para la operacion. El buen carbon se conoce por su dureza y sonoridad; no se rompe fácilmente y es brillante en su fractura : si está muy quemado se rompe y da mucho cisco, es menos compacto y torna mucha humedad; si está poco quemado tiene tt'1os y no se puede usar en ciertas ocasiones. Las leñas empleadas para el carboneo son generalmente las duras ó ·compactas, como la • encina, fresno, roble, baya y olmo; pero en algunas localidades ta~bien se forma el carbon de maderas ligeras, sobre todo del pino: estas últimas dan carbones esponjosos que arden rápidamente, por lo que no son en general tan buenos como los otros: r ~metro cúbico de carbon de encina pesa 240 á 250 kilógramos y r metro cúbico de carbon de pino pesa 200 á 2ro; esto indica tambien la ventaja de comprar el carbon por peso y no por volúmen. Cortada la leña, se carboniza en seguida ó · se deja secar: si lo primero, no da general-; mente tanto carbon porque se gasta gran parte en vaporizar la mucha agua que contiene; de modo que es preferible lo segundo, á pesar de que el capital debe estar más tiempo empleado, si bien el mayor rendimiento compensa con ganancia: en España, sin embargo, es costumbre cortar cuando se va á carbonizar. Los troi;icos delgados son los que dan el carbon llamado de canutillo, que es el preferido por su buena carbonizacion y admitir menos cuerpos -extraños á causa de su forma : los carbones llamados de arranque, que son los de raices y aun de troncos gruesos, suelen tener más tierra y no son tan estimados; los de ra- 1 ma menuda producen el carbon que se llama

_'};7

generalmente cisco de tahona, que es resíduo de otras fabricaciones y no se prepara directamente. Carbont'1acion en pilas.-La carbonizacion de la madera haciendo arder una parte de ella para carbonizar el resto, se ejecuta en el monte ·mismo, pues, el transporte del carbon es más económico que el de la leña que lo produce, por su menor peso. En un terreno llano é igualado al efecto y despejado de leñas que puedan arder, se forma una pila de la_que se ha de carbonizar; pero, de la formacion de esta pila depende mucho el buen éxito de la operacion. Igualado el suelo, se pone sobr~ él una capa circular de leña gruesa, de modo que los maderos estén colocados desde el centro á fuera; en medio se coloca vertical un tronco grueso, y, alrededor de él, se van colocando, tambien vertícalmente, las leñas cortadas iguales y bien juntas: si las leñas no son rectas se acomodan mejor echadas horizontalmente, siempre en direccion del c~ntro á fuera. De una manera ó de otra, se pone la leña gruesa debajo, y ssí la pila es más estrecha en la parte superior: si se quiere más alta se pone otro leño sobre el del centro, y se continúa del mismo modo. El tamaño de estas pilas es muy variable; si bi-en en las pequeñas se. conduce mejor la operacion, en cambio, en las grandes hay un poco más de rendimiento. Ya concluida la pila se cubre por la parte exterior con tierra húmeda ó 'con la tierra mezclada de cisco de otra operacion; y, si es poco arcillosa, se toma, en mantas, de la superficie del terreno con la yerba que contiene: al cubrir la pila hay que dejar algunas entradas para el aire, sobre todo hácia la base. En este estado , se saca el leño del centro y se echa leña menuda, á la que se prende fuego; éste toma aire de las entradas de la base por entre los maderos que forman la pila, y , á poco tiempo, empieza á propagarse la combustion desde el centro, en cuyo caso, se va tapando con tierra este centro y las aberturas más cercanas á él, cubriendo despues las inmediatas á ésta, y así sucesivamente para que vaya ardiendo la pila por igual en toda su extension : si se vé que arde más de un lado que de otro se echa tierra sobre el punto que da más humo. Esta operacio'n, que dura algunos días, exige la p:Jayor vigilancia,

FÍSICA INDUSTRIAL

pues, los resultados dependen de ella; por tanto, es necesario práctica para conducirla bien, ya que descuidada podria dar por resultado un monten de cerrizas. Si sopla viento; suele encenderse más del lado por donde viene, y la carbonizacion.no se puede llevar _por igual; ocasionando á v eces grandes pérdidas; por eso debe elegirse un terreno resguardado, si es posible, para formac la pila. Cuando la tierra del exterior está hecha brasa y no sale humo de la pila, se cubre con ·nueva tierra hasta que se lográ apagarla, en cuyo caso está concluida· la operacion . El ·c arbon en este estado ilo tiene agua, pero, bien pront<;> la toma del airei y , así, despues de algun tiempo, la tiene en cantidades váriables segun las ·circunstancias-; que , pu~den variar entre 2 y 12 por roo el peso. Una operacion bien dirigida produce 17 á 18 por roo de carbon, en peso, de la leña empleada: algunos fabricantes dicen que se obtiene el 25, porque cuentan r arroba de carbon por-cada cuatro de leña; pero los mejores métodos, como veremos á- continuacion, . no producen tanta cantidad de carbon, mucho menos tratándose de leñas recien cortadas: la poca exactitud,,. en medir la leña empleada, dejar·at raso el carbon despues de fabricado, que -toma agua en bastante cantidad, y la piedra- y tierra que se r~c<rge con el carbon, deben ser c~usa de que se cuente este rendimiento, que, no puede resultar de carbon puro. Pilas de fabricacion contínua. - De otro modo se hace tam bien la .carbonizacion en pilas_, siendo preferible cuando no hay un lugar bastante resguardado del viento: consiste en hacer las pilas rectangulares en vez de circulares, dándoles de 2 á 2'5om de ancho y ro ó más metros de largo. Si la madera es r!;sinosa, conviene disponerla en un terreno algo inclinado: la leña se apila tendida más bien que de punta, empezando por una altura de unos 80 centímetros y acabando en 2 ó 2' 5om, segun la longitud, de ~odo que formará un plano inclinado por la parte superior; despues se clavan estacas alrededor de la pila y se meten tabletas formando una caja, dejando entre ellas y la leña un hueco para echar tierra, que se apelmaza bien : poniendo encima otra capa . de tierra que esté_ muy apisonada, queda la leña perfectamente

cubierta. Preparada la pila de este modo, se abre una especie de hogar en la parte más baja de ella y se hacen dos ó tres aberturas en la cubierta de tierra y á .la distancia de o'8om ó r '8om: cuando ha empezado á arder se tapa el hornillo y se ve salir humo negro por las aberturas, que despues se va haciendo blanco, en cuyo caso, se tapan estas salidas y se hacen otras, más adelante, siguiendo del mismo modo hasta el fin de la pila, de manera que la carbonizaci6n se efectúa sucesivamente. Cuando llega á 3'5om ó 4'50• del principio, puede sacarse. ya el carbon fabricado al empezar, y tambien se puede estar sacando carbon de·un extremo é ir formando la pila en el otro, por lo que la fabricacion será contínua para mucha cantidad d-e leña. La eubierta preserva del aire; por eso este método, que en igualdad de circunstancias pro:.. duce poco menos carbon, puede ser preferible cuando no hay un punto abrigado para hacer la pila: además, es más económlco en mano de obra. La cubierta debe regarse para que las -tablas no se quemen, y así servirán varias veces. En todas las pilas ha producido buen resultado colocar, entre las capas de leña, cisco de otra fabricacion ó ramaje inútil, que nad;¡¡. vale, y sirve de combustible para hacer carbonizar la leña, .gastándose ésta menos. Maderas resinosas.-E..n l3lgunas localidades de Francia, particularmente en las Lan-' das, donde hacen carbon de pinos muy resinosos, forman la pila sobre un espacio preparado para recoger las breas. Se compone de una era algo cónica A (fig. 9)~ que tiene en su centro un pequeño espacio B, del cual sale un conducto- que comunica con un foso D en donde se reunen las resinas destiladas por las maderas: formada la pila ene ..~ ma de la era A, sobre la que se suelen colocar algunas barras de hierro para que corra mejor la resina por debajo, podrá recogerse ésta, y es un producto más, cuyo coste puede decirse que es nulo, pues, una vez preparada la era de piedra ó ladrillo dura mucho tiempo . Carbonir_acion en espacios cerrados.-Entre los productos de la combustion de lamadera cuando le falta aire, se cuenta el ácido piroleñoso ó vinagre de madera, compuesto de hidrógenp, carbono y oxígeno, el cU:al,pue-

DE LA : COMBUSTION ..

de sustituir al vinagre en muchas.·industrias, por lo que, s·e fabrica expresamente, sin que en este caso se tenga el carbon producido más que como un producto secundario: pero, cuando el carbones el principal producto, es decir, en la fabricacion de éste, se pierde el ácido por el método que hemos expuesto de carbonizacion en pil:3.s, ó se recoge en parte empleando otros medios, que, si bien dan este producto n:iás, son embarazosos para los obreros no acostumbrados, y, á veces, no es posible preparar lo necesario en el punto en donde se ha de carbonizar. Por tal motivo es poco empleado el método de carbonizacion recogiendo los productos de la combustion; mas_ sin embargo, daremos una idea de él, pdrque puede ser útil en algunos casos, describiendo, de entre los varios aparatos que se han empleado, uno de los que mejores resultados han producido, y fácil de construir. Se compone de un pozo algo cónico A (fig. 10), formada en un terreno arcilloso ó duro, por lo tanto; no necesita revestimiento: sus dimensiones pueden ser de unus 3 metros de profundidad y 3' 5om de diámetro en la parte superior: alrededor de este pozo se colocan tubos B introducidos en la- tierra, que llegan hasta el fondo, los cuales eri la parte superior comunican con u-nas aberturas C hechas en la misma tierra; á un lado se hace el canal D cerrado con una plancha de hierro ó piedra, el cual termrna en el recipiente F abierta::tambien en la misma tierra, que d.e be estar revestido; este recipiente comunica por el tubo H con el tonel L, y este.tonel con otro, del mismo modo ;- siendo varios los que pueden colocars:e,. dentro ó fuera de la tierra, segun se crea más conveniente. El pozo A se tapa con u_na :cubierta de hierro N, la cual tiene una abertura R en el centro y otras pequeñas S repartidas en su superficie, con tapas que puedan abrfrse fácilmente. La leña que se ha de carbonizar se coloca en A, vertical ú horizontal, segun se acomode mejor por su forma; pero, se cuida de dejar en el centro un espacio, como se h a dichq_ en las pilas ordinarias: colocada la leña se echa fuego en este espacio del centro tapa con la cubierta N y se tien en abierto los agujeros S y R; el aire que se eleva al por S y R, y es llamado por C y B ála p rt in.feriar de la leña, de modo que r nt m -

pieza á salir humo: se tapa entonces R ; la combustion sigue,y,cuando sale mucho ·humo po.r las aberturas S, se tapan todas, ó, porio menos, aquellas por donde sale más, hasta que arda la pila por igual. Cerradas todas las aberturas S, los restos de la-combustion ·tie..: nen sólo la salida O, deposi~ando las breas como menos volátiles en F; el ácido y los demás gases pasan-á los toneles L, donde--quedan condensados, y los gases no condensables salen·del último tonel por un tubo P: d:espues q.ue la carbonizacion está cop.cluida, lo que se conoce viendo si la leña ha bajado por igual, y cuando no sale humo por· el tubo P, se abren todos los orificios S para que salgan los gases que hay retenidas bajo:; la cubier ta, los ct1ales hacen rojizo el carbon; y, en cuanto se ve que la superficie de éste se ha hecho ás" cua, se tapan_ las entradas C por medio de planchas de hierro ó -piedras y el carbon se apaga. Damos á continuacion las:-dimensio::- -: nes .d e uno de estos pozos. Profundidad. . . . Uiá~etro superior. .. inferior. . . -

3 0

Tubos CB. su di~metro . . su numero. . Abertura R, su diámetro . · S, su diámetro. Di ametrQ del canal D.- . Carbon producid o. . . Lf<]uidos ó ácido sin purificar. . . . { Ca._rbonizar. . ·d e 1a operac10n Uurac1un Apagar.. . .

3,5°. 3 ·0 ,04 7 0 ,3 o ;.os 0,3 20

-°lo

peso.

18 2

/ ,

á 3 dias. á4 -

Para·las maderas resinosas puede añadirse á este aparato un fondo , como en la fig . 91 y se recog~rán las r esinas al principio de la

FÍSICA INDUSTRIAL

que los gases perdidos de los altos hornos pasen calientes por la madera, poniendo ésta, por . ejemplo, en cajas de hierro, alrededor de las cuales pasa el gas caliente, ó tambien cqlocando. la madera sobre carros de hierro en conductos por donde se hacen pasar los gases. La madera deb~ perder 40 ó 50 por 100 de su peso para transformarse en tal carbon. El carbon de madera ordinario, desprovisto de cenizas y completamen te seco, tiene una composicion que varía entre: _Carbono. . . . Hidrógeno. . . Oxígeno y ázóe. .

. .

·78 á 88 por 1,5 4 10

100.

Segun esto, la potencia calorífica, calculada con la ley Dulong, varía, para el carbon de madera puro y seco, entre 6,600 y 8,000 . Si el carbon de madera ha sido muy calcinado, desaparecen todos los gases y se· obtiene carbono casi puro, cuya potencia calorífica es, como ya se sabe, de 8 , 080. Esta potencia calorífica baja, á causa de las cenizas que se encuentran en el carbon, en un 2 ó 3 por roo ordinariamen te; y por el agua higrométrica, que entra en 5 á 10 por 100. Entonces baja á 6,000 y 7,500 calorias, segun la composicion. El hectólitro de carbon de madera dura pesa de 20 á 25 kilos; el de madera floja pesa tan sólo de 15 á 20 kilos. El carbon de madera es uno de los combustibles más estimados á causa de su pureza para las operaciones metalúrgicas. Si no está calcinado en exceso, se enciende y arde con ·bastante facilidad. La combustion es tanto más difícil cuanto más alta haya sido la temperatura que lo haya producido. CARBON DE TURBA.-Las turbas carbonizadas pueden emplearse para los mismos usos que los carbones, y, efectivamente , se emplean basta en la fabricacion del hierro en los altos hornos . El carbon de buenas turbas resulta compacto, arde con más dificultad que el de madera, y generalmente tiene más ceniza que éste. La carbonizacion se hace en el campo, lo mismo que...la de la madera, ó en hornos . El primer método es más sencillo; las pilas forman grietas por sí, que dan ~ntrada al aire,

pero esto hace perder mucho carbon: sin embargo, con buenos obreros ·puede emplearse este método de carbonizacion. Cuando se quema en hornos, se construyen cilindros altos. Se enciende la turba por la parte inferior y se cuida de no dar entrada más que al aire preciso para carbonizar. Indicaremos un método de carbonizacion, en hornos, que produce buen resultado en carbon y es muy económico. Un · horno cilínlrico A · (fig. 11) se llena de turba por la parte superior B; cerrando despues esta parte con una plancha de hierro : este horno, formado de ladrillo ó hierro, tiene una cavidad C en toda la extension de su parte exterior, la cual recibe los productos de la combustion de un hogar D, del que salen p_rimero á un canal H, desde donde pasan á C repartidos y marchan luego por B, saliendo los gas~s de la turba por L: en el bogar se queman turbas de mala calidad, -y la carbonizacion dura 24 horas, al cabo de las cuales se abre el registro E, cayendo todo el carbon á un espacio cerrado en la parte inferior, donde se apaga mientras el horno se carga de nuevo. Por este medio se obtiene 35 á 40 por roo de carbon; pero, hay que contar que, para. la carbonizacion, se emplea en el hogar una cantidád de turba igual, por lo menos, al 3 5por 100 de la introducida en el horno, lo cual reduce el carbon producido -á 26 ó 30 de la turba total empleadJ: en este carbon se encuentra, además, la ceniza que contenia la turba, de manera que muchas veces tiene el carbon, aun de turbas regulares, de 18 á 20 por 100· de cenizas . En un horno semejante al que hemos descrito pueden carbonizarse turbas con el calor perdido de otro bogar, sin más que suprimir el D y hacer llegar el humo caliente al canal H: en tal caso, produce más carbon con relacion aJ combustible empleado, y puede ser _ventajoso fabricarlo, sobre todo donde no haya otro combustible. La potencia calorífica del carbon dé turba es muy variable, porque lo es tambien la cantidad de ceniza que contiene. Segun experimentos heéhos con carbon!:)s que contenían de 15 á 18 por rno de ceniza, es de 6.,.400 á 6 ,800, ,á poca difer.encia, la del carbono que contien.en. o r- , CoK.-El cok es resultado de la: destila.-

DE LA ·coMBUSTION

ci0,m ó lile -la combustion incompleta de la bimlla. Se obtie·ne por procedimientos análogos á los que transforman la madera en carbon de madera. Calentando la hulla en vaso cerrado ó en retortas, se quitan las partes volátiles, los hidirógenos carbonados .que forman .el gas del alumbrado,, y los hidrocarburos que se condensan por-el enfriamiento, como el alquitran. El cok permanece en la retorta, más ó menos aglomerado y en proporciones ~ás ó menos grandes, segun la naturaleza de las hullas. Ciertas hullas dan el cok en pedaz©s m~y aglomerados y sólidos, tajes como las hullas grasas; las hullas secas dan tan sólo un · cok pulverulento. Muchas de las hullas que existen en España dan un cok excelente, y, sobre todo, escogiendd en cada criadero las que son á propós-ito:.Jas de Mai:e de Deu y Pinté, en Cataluña, muchas de Asturias, las de-Sabero y Reinosa, dan muy buen cok. Tambien se puede obtener el cok por una combustion im.completa, por medio de pilas de hulla formadas eomo las de madera, por el procedimiento de f~bricacion en el bosque; pero este procedimiento está completamente abandonado. . El cok, completamente seco y desprovisto de cenizas, tiene una composicion que varíaun poco segun la naturaleza de' las hullas y las c,ircunstancias de la produccion. Carbono . . . . , . Hidrógeno . . : . Oxígeno y ázoe . .

96 o'~ 2

98 por I oo o' S 3

La potencia calorífica del cok seco y puro es de unas de ·8,ooo calorías. Las cenizas y el agua higrométrica disminuyen notablemente su valor. Las cenizas varían de 2 á. 15 por I oo, segun la naturaleza de las hullas que han prod_ucido el cok y segun· el cuidado con que se le ha fabricado . . Para obtener c9k de buen-a calid~d se lavan las hullas, para quitarles en parte los esquistos que contienen. De este modo se consigue producir cok con 5 á 6 por roo de eenizas, cuya potencia calorífica es, aproximadamente, de 7,500. Con i6 por roo de cenizas se reduce á 6,800.

31 La proporci_o n de agua varía mucho en el cok. Expuesto al aire, contiene de 5 á ro por roo de agua, que pierde desecándolo á 150º. . Si el aire es húmedo¡. ó recjbe !a lluvia, absorbe 25 por 100, 30 por 100 y hasta 50 por roo de agua, sin 4'llle aparente estar muy mojado. El cok es un combustib~e ligero. El de gas pesa de 3 5 á 40 kilos el hectólitro. El de horno, de 40 á 45 kilos. PreseJ.í1ta muchas desigualdades en su superficie, cuyos huecos alcanzan de 50 á 60 por rno. Permite fácil paso ataire, por cuyo motivo debe arder en gr,andes masas·. Combustibles aglomerados.

El cisco de hulla, de cok y de carbon, es . generalmente a,rny difícil de emplear, por no permanece.r en las rejillas y pasar {i. través de los barrotes, cayendo parte de él, junto con las cenizas, al cenicero,. siendo arrastrada otra parte por la corriente de la chim~nea. Para poderlo utilizar se aglomera de mod0 que forme panes. ·PANES DE HULLA.-Para esta _aglomeracion basta,- á veces, empleando carbones grasos, una gran compresion y una alta temperatura. Para los carbones secos se· debe emplear un aglutinante especial, que, unas veces es la arcilla y comunmeute el ~lquitran ó la brea. La arcilla da' tan sólo una debil tenacidad y aumenta naturalmente las cenizas de 15 á 20 por 100, por lo menos. Por este medio se obtienen combustibles inferiores. El alquitran, ó mejor la brea, combustibles muy ricos, son los preferidos. La brea seca es el alquitran de hulla, con. centrado hasta 280° ó 300º, -del Cl!al se han extraído por destilacion 3 5 á 40 por ciento de materias volátiles. De 80° á 100º su aspecto es blando y pastoso sin que llegue á fundir. En f;·io se le puede pulverizar. La brea grasa se produce á 200°, habiéndose extraído del alquitran de 20 á 25 por 100 efe materias volátiles. Puesta al sol, reblandece y pasa á fluido antes de 100º La bt'ea seca es la que conviene más y da panes más compactos. Se pulvoriza y mezcla íntimamente con el carbon lavado, en la proporcion ·de 8 por 100, reblandeciéndola al propio tiempo á 80° ó 100° por medio del vapor recalentado. La mezcla se coloca · inme~

3~ FÍSICA INDUSTRIAL diatamente en los moldes de un -aparato éom- ¡ cuentran en el Cáucaso, en Persia, en Birmápresor, movido por una prensa hidráulica ú nia, y, sobre todo, en América, en la Pensil9tro medio á propósito. Así se obtienen pa- vania, Virginia y Canadá. , nes duros, sonoros, homogéneos, poco higroEl aceite de petróleo, despues de rectificado méticos, y casi sin olor, que, á 60° no re blande- cual conviéne, se emplea muy especialmente cen. Si están bien preparados -no deben conpara el alumbrado . .Su gran propension á intener más de 'J por 100 de cenizas. flamarse le hace de empleo muy peligroso, Sti potencia calorífica es casi-la misma que · habiendo motiva~o un sinnúmero de explola_de la buena hulla, así como tambien su siones y accidentes muy graves. . precio. Su densidad media es de 1'20. Su composicion varía segun las. procedenLos panes .presentan la ventaja de poder cias. , estivarse regularmente, utilizando todo_el esSaint..,Claire Deville ha practicadq numepacio sin pérdida, por no dejar huecos. rosos a11álisis, de los cuales resulta- que.. .Ja CARBON DE PARÍs.-El combustible cono- ; composicion esta ,corripren_dida en lás límites cido' con el nombre de éarbon de París se 1' siguientes: ~ emplea mucho e_n la economia domestica, Carbono. 8~ á 85 por I?O y es un combu.stible artificial producido por Hidrógeno .. . . 13-15 la aglomeracion de los resto:; carbonosos í-..: ' 3 [ Ox!geQo. . . q.e- t9das· las esp_ecies con el alquitran ó la La potencia caloiífica . varía de · 10,600 á li,r~?-- . Estos restos c.onsisten en polvo de carbón I I ,000. de m_adera ó de turba, re._síduos de las estivas ACEITE PESADo.-Este es uno de los produc- · de los buques ó de los depósitos, casca consu- tos de la destilacion del alquitran, que, es en rµida;, verdasca de madera, polvo de c,o k,. etc. sí un producto derivado de la fabricacion del Tales -residuos se pulvedzan y mezclan . gas del alumbrado. Analizado un aceite brujuf).tos, en proporcion conveniente, añadién- to por Saint-Claire Devi}le, tenia la siguiendoles el .aglutinante, alquitranó brea, para te cO:mposicion: ·formar una pasta homogénea que se moldea 8·2 · por 100 Carbono. . . en forma de cilindros. Se les· saca al aire v. Hidrógeno. . 7'6 carboniza en ·cajas de plancha, que, se colocan 10'4 Oxígeno, áz?e, azufre . en hornos de muflas por espacio de 12 horas. $e sacan las cajas y se cierran bien para susLa densidad á oº era 1,044, igual á 1,007. á 51ó, lo cual demuestra que el coeficiente de pender la carbonizacion y ahogar la masa. La combustion del carbon de París es muy dilatacion es considerable. La potencia -calorífica encontrada por este -lenta á causa de la gran cantidad de cenizas qu€! contiene, lo cual es ventajoso para los físico, empleando un aparato calorimétrico especial, es de 8,916 calorías. usos domésticos. Aplicando la ley Dulong á la composicio.n. -Su poten~ia c-al_orífica depende de la ~ántidad d_e cenizas; pero p,uede con~iderarse, ~ anjerior, -suponiendo que 1 por 100 de hidrópoca diíer~ncia, igual á la del carq_on puro geno se combina con el oxígeno en el combustible, se obtiene .como potencia calorífica que contiene. Combustibles líquidos.

0'82 X 8,080 +-0'66 X 29,000 =8,539.'6, \

Los combustibles líquidos se emplean principalmente para el alumbrado: sólo se han utilizado para la calefaccion, en casos especiales, los aceites de petróleo y los aceites pesados procedentes de la fabricacion del gas del alumbrado. e ACEITE DE PE,TRÓLEO.-E?te aceite (:)S un pro~ucto_ natural cuy.os y_acirp.ien_tos se en-

• 1

•

cuyo resultado es algo menor que e_l obtenidó experimentalmente. Com"?ustibles gaseosos.

Los combustibles gaseosos se emplean muy: frecuentemente en fas forjas ó herrerías.:, las fábricas_de gas y ·otras industrias. Los gases combustib,les provienen, ya·. de

33 DE LA C0MBUSTI0N los altos hornos empleados en la fabricacion de hulla, se eleva, por término medio, á 28 del hierro, ya de hornos especiales llamados metros cúbicos. El cok producido asciende á 70 ó 74 kilos: hay 7 por roo de agua amoniagasóg enos. Para calefacciones de poca importancia se cal, y 5 á 6 por 100 de alquitran conteniendo emplea tambien el gas del alumbrado,. muy varios aceites volátiles. La composicion del gas del alumbrado es fácil de obtener en las ciudades. Se han hecho igualmente ensayos con el muy variable, segun la naturaleza de la huhidrógeno, pero hasta el día no se ha po- lla, el tiempo que dura la destilacion, etc. En volúmenes, está comprendida generaldido obtenerlo aún económicamente. Por otra parte, su empleo presenta algunas dificulta- mente entre: des á causa de su poca densidad, que le hace 3'5 á 8 por 100. Hidrógeno bicarbonado. su·s ceptible de escapes y, por ser inodoro, lo protocarbonado. 3 z 55 cual dificulta reconocerlo: todo esto moti6 Óxido de carbono. 13 va mayores peligros de explosion que para 0'3- 4 Ácido carbónico. . el gas del alumbrado. Hidrógeno. . . 30 50 GAS DEL ALUMBRADO.-El gas que sirve para Además, se encuentra una pequeña cantiel alumbrado de las ciudades, y que se utiliza de ázoe, de' ácido sulfhídrico y algunos prodad el tambien para el caldeo, no es más que ducto de la destilacion de la hulla calentada á otros gases. El siguiente cuadro da, para un gas coralta temperatura en retortas . El gas que se los volúmenes; los pesos y las cantien riente, recoge produce, despues de purificado se gasómetros, de donde se distribuye por ra- dades de calórico producido, por metro cúbico y por kilógramo, calculados con la ley males á todos los puntos de la ciudad. kilos Dulong. roo por · El volúmen de gas prod~cido Composicion media del gas del alumbrado. Cantidad del calórico producido. Composicion en volúmenes.

Hid rógeno bicarbon ado. protocarbona d o . . , O xido de carbo no .. Acido carbó nico. Hidrógen o. T OTAL.

producido de por cada gas los volámene,. en 1 "'· 3 .

0 ' 04 0'J4 0'10 0'02 o '.5 0

0 ' 05 1 0' 244 0 ' 124 0'040 0'045

1mc ' oo

ok,504

Con la composicion dada: El peso del metro cúbico del gas del 1. º alumbrado es de 0'504 k, y, por consiguiente, q' 504 su den•sidad <;on relacion al aire es - -1 '293 0 '397. La cantidad de calórico producido por .2. º metro cúbico, calculada _con la ley Dulong, es de 5,640 calorías. La cantidad de calórico producido por 3. 1 kilógramo, es decir, la potencia calorífica, es de II, 192 calorías. Cabe aquí dar una ligerísima reseña de la

FÍSICA IND,

Calórico

Peso

Composicion en peso.

Calórico producido por cada gas en 1 ldlóg .

1 '_550•8

0 ' 101 0'484 0 ' 246 0 ' 079 0'090

1, 200 6,324 59 1 > J , 0 77

.5' 640'9

llt' 000

11 , 192

604' 7 J , 187'4 298'0 >

1 1

fabricacion de este flúido tan útil bajo todos conceptos. Hemos dicho ya que el gas del alumbrado se compone esencialmente de hidrógeno carbonado, gas que resulta de la union ó, químicamente hablando, ·de la combinacion del carbono con e] hidrógeno, cuerpo simple gaseoso; y sabemos que todas las substancias que contienen gran cantidad de carbono e hidrógeno, suministran, al calentarlas fuertemente, gases inflamables dotados de cierta propiedad de alumbrar. Para obtener el gas de la hulla, se coloca T,

II.- 5

•

FÍSICA 34· esta materia en unos cilindros de hierro ó tíerra llamados retortas, dispuestos en número de 3, de 5, y más aún, en un horno de ladrillo que se calienta fuertemente. Mediante la accion del calor los elementos constituyentes de la hulla se separan; fórmanse brea, aceites empireumáticos, sales amoniacales y diferentes gases, entre los cuales se pueden citar e.I hidrógeno puro, el amoníaco, el hidrógeno bicarbonado y ~l hidrógeno sulfurado, ese gas pestilente cuyo olor es tan- conocido, semejante al de .los huevos podridos y las cloacas; y, en fin, el gas ácido carbónico,· compuesto gaseoso que da al agua de Selti el sabor picante que la distingue. Cuando el gas, procedente de la destilacion de la hulla, está mezclado con estos diferentes productos, alumbra poco, ejerce una accion deletérna sobre nuestros órganos, altera el color de los tejidos y ataca los metales y las pinturas á base ,de plomo. Estos perjudiciales efectos son debidos al amoníaco, á los aceites empireumáticos y, sobre todo, al hidrógeno sulfurado, que, al arder, despide gas ácido sulfuroso: conviene, pues, eliminar estos últimos productos conservando únicamente el hidrógeno bicarbonado, único gas de efecto útil para el alumbrado. Para conseguirlo, se hacen llegar todos los productos de la descomposicion de la hulla á unos tubos que penetran en un depósito de hierro, bajo una capa de agua de algunos centímetros. Las sales amoniacales se disuelven en el agua, al paso que la brea se condensa en ella. Encamínase luego el gas á un nuevo aparato, llamado depurador, donde atraviesa unos tamices cargados' de cal en polvo, hume'decida con agua; la cal roba al gas el ácido carbónico y el hidrógeno sulfurado, de que tan indispensable es despojarlo. No obstante, la depuracion nunca es completa, y el gas conserva siempre un olor desagradable. Purificado por los medios que_acabamos de indicar, pasa el gas á un depósito destinadó á contenerlo, llamado gasómetro. Este aparato se compone de dos partes: la cuba ó pozo destinado á recibir el agua, y la campana en que se deposita el gas. Los pozos están perforados en el terreno, con revestimiento impermeable de obra de fábrica. La campana, prote-

INDUSTRIAL

gida por una gruesa capa de brea, está formada de planchas de hierro. Una ó varias cadenas, segun la capacidad, adaptadas á la parte superior de la campana, pasan por poleas montadas en columnas de hierro, y sostienen en su extremidad unos pesos que se equilibran con el gasómetro. Esta disposicion permite á la campana subir y bajar fácilmente en el pozo. Así, no se halla sometido el gas á una presion d!;lmasiado fuerte, que; podria ocasionar escapes, ó dificultar la descomposicion de la hulla· hasta en las retortas. La fig. 12 presenta en pequeño el conjunto de los aparatos que sirven para preparar el gas de la hulla. F es el horno que contiene las retortas de barro llenas de hulla sometida á la accion del calor; T es el tubo que conduce el gas procedente de la descornposicion de la hulla; Bes el depósito donde el gas se despoja de la· brea y de los productos solubles_ en el agua; S es una série de conductos de hierro batido, sumergidos en el agua por su parte inferior, que irradian libremente al aire, y cuyo objeto es enfriar el gas que llega muy caliente de las retortas. D es el depurador de cal, compuesto de una série de tres depuradores iguales, que el gas atraviesa sucesivamente; por último, G es el gasómetro ó depósito de gas. La fig. 13 reproduce en mayor escala el conjunto de las operaciones que se ejecutan para extraer el gas de la hulla, desde la descomposicion de ésta por el calor hasta su entrada en el gasómetro, dyspues de verificada la separacion por el agua fria y la cal. A su ·salida del gasómetro, un .largo tubo lleva eÍ gas á los conduct9s de distribucion, que son de hierro. Los tubos de los empalmes y los que introducen el gas al interior de las casas son de plomo. GAS DE LOS ALTOS HORNOs.-Los altos hornos, que en metalúrgia sirven para la .reduccion del mineral de hierro .y · Ia produccion del hierro fundido, dejan escapar cantidades considerables de gases combustibles, que, se recogen por medio de aparatos especiales, utilizándolos para el caldeo de las calderas de vapor ú otros usos. · La composicion de los gases de los altos hornos es muy variable, y está generalmente comprendida entre

DE LA Oxido de carbono. Acido carbónico.. Azoe .. · . •. . .

25 á

por

COMBUSTION

100

15 55 -60 10 -

Hay, además, una pequefüt cantidad de hidrógeno y de hidrógenos carbonados, que apenas pasa de 2 á 3 por 100. La potencia calorífica de este gas, calculada con la ley Dulong, está comprendida ent@ 0' 25 X 2,403 0'30 X 2,403

= 600 calorías

Precio comparado de la unidad calorífica con los varios combustibles.

El cuadro que sigue suministra el precio de 100,000 calorías, con relacion á los combustibles más generalmente empleados, el cual se ha obtenido dhridiendo el precio de la unidad de peso del combustible por la: potencia calorífica, y multiplicando por 100,000 para evitar las fracciones.

= 720

COMBUSTIBLES

Valor

. '

Potencia 1

Prl!cio 1 de 100, 0001

Relaclo·n.

e 1 k1log. l ca orifica. calorias . que es el calórico producido por el óxido de ·- - carbono que confüme: el suministrado por el Pta s. Ptas. 1'0 C isco d e hulla .. 0'0.30 0'40 7,500 hidrógeno no tiene importancia.,,,.. Hulla á g rane l. . l ' 15 7, 800 0'0.35 o'45 La gran cantidad de óxido de carbono hace Hu lla med iana . . 8,000 0'687 1'7 2 0'055 2'1!0 0'060 2,750 5'5 o este gas muy peligroso; de suerte que, deben Mad era. Carbo n d e ma dera. 0'200 7, 000 2'85 7 7' 14 tomarse muchas precauciones para que los G as del alu mbra d o. 0'600 I 1,000 5'45 1.3'61 operarios no estén expuestos á respirarlo, Este cuadro demuestra que el.calórico cues: por pequeña que sea la cantidad. También da ta de 13 á 14 veces más caro con el gas del lugar á explosiones. GAS DE Los GASÓGENos.-El empleo de los alumbrado, á 0'30 pesetás el metro cúbico, que gases como combustible ofrece ventajas, á con el cisco de hulla á_30 pesetas la tonelada. causa de la facilidad en mezclarlo con el aire Los demás combustibles ocupan lugares iny permitir graduar la combustion; por cuyo termedios. Considerado en absoluto, el emmotivo, se han construido hornos especia- pleo del cisco de hulla es el ·más económico, ' les~ llamados gasogenos, que transforman los siguiendo despues la hulla á granel, que, es la generalmente empleada en los hogares combustibles sólidos en gas. Esta transformacion permite utilizar igual- industriales. _Mas, no es el precio tan sólo que intermente, para ciertos usos, combustibles de calidad inferior, imposibles de emplear directa- viene en la eleccion de un combustible; debe atenderse tambien á la facilidad de commente. Existen gasógenos para transformar en gas bustion, la .facilidad en encenderse, la mayor la madera, el serrin de madera, la turba, el ó menor cantidad de humo que _p roduce, y carbon de madera, la hulla, el cok; depen- otras ·causas. Además, eQ la eleccion de combustible diendo la com posicion del gas producido del debe examinarse si puede dar la cantidad de combustible que se emplea. Para la hulla, la composicion de los gases calor necesario sin perjudicar el efecto que se que salen de los gasógenos Siemens está com- trata de producir; por cuya causa se -emplean prendida entre los límites siguientes, aten- en muchos casos carbones exclusivamente, en lugar de emplear los combustibles de que se diendo al peso: han sacado, y se desechan algunos por tener 2 1 á 2 7 por I oo Oxido de carb.ono. azufre, dar mal olor ú ·otras causas análogas. 6- 10 Acido carbónico .. Hay ocasiones en que no es el calor toAzoe. ·. . 60-68 tal el aprovechado sino solamente el radiaHidrógeno.. . . 0'4- 0'8 do, y entonces el cálculo debe ser por una En los gases se encuentran igualmente hi- unidad de calor radiado y no del total. Com. drocarburos carbonados, cuy a proporcional- paremos leña y hulla: contemos 46 kilos de leña á 3 ptas. y 46 de hulla á 5 ptas.; desde canza á veces el 25 por 100 en volúmen. La potencia· calorífica, calculada con la ley luego v emos que, siendo más que doble lapotencia calorífica de la hulla y su precio merios Dulong, varía entre _800 y 900 calorías.

------

....

FÍSICA INDUSTRIAL 36 del doble, hay ventaja con ésta; pero, si calC+2o=C0 1 • culamos el precio de una caloría, tendremos · Dos equivalentes de oxígeno se unen á un que, 46 kilos de madera producen 46 X 2,800 de carbono para fo;rna·r un equiequivalente = 128,800 calorias, y 46 kilos de hulla 46 X 7,500 = 345,000; de modo que, una caloria valente de ácido carbónico. Tomando los de la madera cuesta 3 : 128,800 = 0'000024, y . equivalentes con relacion al hidrógeno, se una de la hulla 5 : 345,000 = 0'000015 de pe- ve que 6 de carbono forman, con 16 de oxíseta: vemos que la ventaja está por la hulla. geno, 22 de ácido carbónico; de donde se deSupongamos que se ha de aprovechar sólo duce que, 1 kilógramo de carbono se combi6 el calor radiado: en este caso, como la madera na con ~ = 2'667 k de oxígeno para formar , 128,800 . 1a~cuart a parte, sera----= 32,200 ra d ia 3'667 k de ácido car0ónico. 4 . El peso de aire se obtiene observando que el calor radiado por 46 kilos de madera, y el cóste de una caloría 3 : 32,200 = 0'00009; la al aire está compuesto, en peso, de 123 de oxígeno y de 77 de ázoe, por 100; por consiguienhulla radia la mitad, ósea, 34 5-,ooo = 172,500 te, el peso de aire necesario para la combus'2 unidades, y el coste de una caloría será 20 : tion de I kilógramo de carbono, es: 172,500 = 0'00003 ptas.: de modo que, en este JOO 2'667 k X - - = 11'594 k. último caso, á un precio triple hay ventaja 23 para la hulla. El peso de los productos de la com bustion Volúmen de aire necesario para la combustion. es la suma de los pesos del carbono y del Tratándose de quemar una cantidad de com- aire, ósea, u'594 k + 1 k = 12',94 k, compuesbustible, es necesario determinar la cantidad tos de 3'667 k de ácido carbónico y de · 8'927 k · de oxígeno que necesita para arder, ó, más de ázoe. El volúmen del oxígeno se halla dividiendo bien, la cantidad de aire en que está contenido este oxígeno, que es de .donde lo toma el el peso 2'66t por el peso del metro cúbico, combustible. Pudiera creerse que no es nece- que es 1'43k, lo cual c;la: sario el cálculo, pues, haciendo entrar un ex2'667 - - = 1'865m3. ceso de aire, la com bustion 1será completa; pero 1'43 téngase presente que este aire se calientá á El volúmen de aire se obtiene igualmente expensas del combustible, por lo que, si entra el peso de aire Il '594k por 1'293\ dividiendo comserá que calor mucho en exceso, llevará pletamente perdido: es, segun esto, necesa- que es ·e1 peso del metro cúbi~o de aire: rio el cálculo para que no falte aire y la com11 '5 4 _ _::._:.'9....:... = 8'9669m3. bustion sea completa, pero tambien para que 1'293 un exceso no haga perder calor. El oxígeno El volúmen de ácido carbónico es igual, convierte en carbono el ácido carbónico, y el hidrógeno en agua; luego, sabiendo cuanto como ya se ha dicho, al volúmen de oxígeno carbono contiene un combustible, por la com- que lo ha formado; y, cuando la combustion posicion del ácido carbónico, sabremos cuan- se efectúa con el aire, el volúmen de los _proto oxígeno necesita para formar el ácido ; y, ductos de la combustion es igual al volúmen sabiendo igualmente el hidrógeno, conocere- del aire á la misma temperatura, sin qué cambie el ázoe. mos el oxígeno necesario para formar agua. Para efectuar el cálculo detvolúmen de aire Pasemos á determinar, por el cálculo, el volúmen de aire necesario para la combustion puede emplearse igualmente '1a composicion química, en volúmen, del ácido carbónico: de los varios combustibles. COMBUSTION DEL CARBONO.-La fórmula quíI vol. vap. C + 2 vol. Ü dan 2 vol. C o•. mica que representa la combinacion del oxíEl volúmen de I kilóg. de vapor de carbogeno y el carbono, para formar el ácido car· no es 0'9325m 1 ; de lo cual se 9educe que el vobónico, es la siguiente:

-· . 37 COMBUSTION La fórmula quí~ica de la combustion es: lúmen de oxígeno es el doble, ó sea 1'865mJ, _que es igualmente el volúmen del ácido carH +O= HO; bónico producido. En cuanto al volúmen de aire, se deduce ó, segun el valor de los equivalentes, 1 kilóg. de hidrógeno se combina con 81ddel volúm.en de oxígeno, observando que el lóg. de ?xígeno para formar 9 kilóg. de _a gua. áire está compuesto, ea volúmenes, de 20'8 de oxígeno y de 79'2 de ázoe, por roo; luego, este k - 100 _ , El peso del aire es. . . 8 X--347 8 4. volúmenes 23 DE

En cuanto á los volúmenes, se tiene: . Cuando la combustion del carbono produzca óxido de carbono, se tendrá:

Volúmen del hidrógeno.

e+ o= co.

Volúmen del oxígeno .. '-

6 de carbono forman, con 8 de oxígeno, 14 de óxido de carbono: de suerte que, 1 kilógramo . . 8 . de carbo_n o se combina con = 1'333k de

oxigeno para formar

2'333k de óxido

de carbono. El peso de oxígeno·es la mitad del necesario para la produccion del ácido carbónico. Para la combustion con el aire átmosférico se necesita: , 100 kd . r 333 X ~ = 5'.797 e aire;

' 8 k o o 97

= II ' 170m3 .

- ' 585m3· • - , 8-k-5 I 43

Volúmen del vapor de 9 o'8o6k = 11 ' l 7om3 .

agua . . •

Se' ve, pues, que el volúmen de vapor de agua es igual a,l del hidrógeno, siendo el del oxígeno la mitad solamente, y pudiéndose decir á priori que

•

2 v~l. H y 1 vol. O dan 2 vol. H O. El volúmen del aire es: 34 ' 784 = 26'85om3. 1'293

En cuanto al v9lúmen de los productos de la oombustion por el aire, es igual al volúmen que da 6'797k para los productos de la com- ' bustion., en los cuales hay 2'333k de óxido del aire, más la mitad del volúmen del hidrógeno: de· carbóno y 4' 464k de ázoe. . El volúmen del oxígeno necesario. para la 26'85om3 5' 585m• = 32'435m3. combu;;tion, es: · . En. todos estos cálculos ·se suponen los gal '865 1'333 ses á oº y á 0'76ra. r'43- - 2- = 0'9325m3•, CoMBUSTION DEL ÓXIDO DE CARBONO. - La fórmula química es: y el volúmen del aire:

;•,~:; =

4' 4834m 3.

El volúmen de óxido de carbono es igual · al doble del volúmen de oxígeno, ó sea, 1'865m3; y el volúmen de los gases de la com· . bustion es: 4'4834m 3

+ 0'932_5m 3 =

5'4159m 3 ,

COMBUSTION DEL HIDRÓGENO.-El cálculo de la cantidad de aire necesario para la oombustion del hidrógeno se resuelve de un modo análogo.

co+O=CO'. Tomando los equivalentes : 14 de óxido de carboi:10 se unen á 8 de oxígeno para formar 22 de ácido carbónico; por consiguiente, para I kilógramo de óxido de carbono se 8 ' 1o cua 1 neces1't an - · = o ' 57 r 4k de ox1geno, I4 produce 1'5 714k de ácido carbónico. • Haciendo el cálculo como anteriormente, se obtiene: . . 100 Peso del aire necesario. 0' 5714--=2'483k 23

...

. 38 .

FÍSICA INDUSTRIAL

Pesodelázoecontenido.2'483-0'5714=1'9u6 ' o 5714 =0'399 Volúmen de oxígeno . 1'43

que, se compone de 2'798m3 de oxígeno y de 10'654m3 de ázoe. · COMBUSTION DE UN COMBUSTIBLE CUALQUIERA. -Dada en ceptésimas la composicion de un combustible, el cálculo del volúmen de aire necesario para su combustion se ejecuta del modo siguiente: .T ornemos eI caso d e una h u 11 a tuya composicioñ elemental, dada por el análisis, sea:

Volúmen de aire Volúmen de ácido cari '57r4 - o'795;,.ª , 1 977

bónico.

•

COMBUSTION DE UN HIDRO-CARBURO. - CoCarbono.. 0'83 nocida la fórmula química de un cuerpo comHidrógeno 0'05 . puesto de carbono y -de hidrógeno, la cantiOxígeno. 0'08 dad de aire necesario para la com bustion se Ázoe. o'or calcula como sigue: · Cenizas. 0'03 Tomemos como ejemplo el hidrógeno protocarbonado, cuya fórmula química es: C- H•. que es, á poca diferencia, la composicion dé ·La fórmula de la combinacíon será: una buena hulla grasa . . Suponiendo que el oxígeno esté combinae• H• + 8 o= 2 e o•+ 4 H o; do con el hidrógeno en el combustible, esta composicion cambiará en: 'ó, tomando los equivalentes: Carbono.. Hidrógeno. -Agua. Ázoe . . . Cenizas.

16 (C' H•) +64 (0)= 44 (C 0') + 36(H O). Refiriéndolo á la unidad, se tiene: 1

(OH•)+ 4 (O)= 2'75 (C O•)+ 2'25 (H O).

Para quemar I kilógramo de hidrógeno protocarbonado se necesitan 4 kilógramos de oxígeno, y la combustion forma 2'75k de ácido carbónico y 2'~5k de vapor de agua; de <luciéndose, luego: 100

Peso del aire . . . . .

4 X -- = 23

Vólúmen de oxígeno ..

4 ' 1'43

encontrándose para el peso de oxígeno necesario á la combustion del carbono. del hidrógeno. .

2'~98"'' /'

compuestos de 2' 52 k de oxíg~no y de 8' 43k .de· ázoe. Volúmen de: oxígeno.

Volúmen de vapor de

Volúmen de aire.

.Acido carbónico . . . . Vapor de agua producido. Agua vaporizada. . . Azoe . . • . . . . Peso total. . ·

' ' 52 k X -100 -·- =10 95 k ' . ' 23 '

Peso del aire . . . . .

bónico.· . . . . . 2'25 0'806 -

, --

7 391 k

Volúmen de ácido car-

agua . . . . . .

0'83 X 2'667 = 2'2ok 0'04 X ,8 = 0'32

•

Total de oxigeno. . • . . • . 2'5:zl'-

0'83 0'04 0'09 o'or 0'03

, 8.ruS 79

13 ,452 ma,

Volúmen de aire. . . .

+ 2'20 = + 0'32 = 0'01 + 8'43 = ',

2'52 1\0 10 '95 1'293

En cuanto á los productos de la combus- · tion, se tienen los peso~ siguientes: ·

0'83 0'04

•

3'03\ cuyo volúmen es,áo•, I 1 553 1 01 36 0'448 0'09 0'112 8'44 6'715 I I ' 92 k .

Volúmen total. .

8'808 ID a

Dl; · LA COMBUSTION 39 Acido carbónico. cuyo volúmen es 03k, f En la" mayor parte de' los hogares el volúI 533'°' de agua men de aire que entra es en más cantidad que Vapor producido .... 0'448 el estrictamente necesario para la combus- Agua vaporizada. o' I 12 tion, alcanzando á veces el doble; en cuyo Exceso de ox í2'52 geno. . . . . . caso, resulta que, para quemar I kilógramo Azoe. 8' 44+8' 43= 1 6'87 de la hulla indicaéla se necesita: Peso total. . 1

Peso de oxígeno. . Peso de aire. · V olúmen de oxígeno . Volúmen de aire . .

· 2

X X

2'52 5'04k 10'95 -- 21'90• 1'762 3'524mS 8'468 16'936m 3

Este ejemplo da la marcha que debe seguirse para un combustible cualquiera, de composicion química conocida. ·, El siguiente cuadro contiene los elementos relativos á la combustion de los .principales · coro busti oles.

= =

Por último, los productos de la combustion son: .

Elementos relativos á la combustion de los principales combustibles naturales. G A S DE L A

GASES COMBURANTES. ~

COMBUSTIBLES.

' 1 OXIGENO. 1 Volú Pesos. menes

-----------

Madera á .3 0 °/ 0 de ag ua.. Mad era le ñosa. . . . . . Turba. . . . . . . . . . . . . .. Lignito leñoso . . . . . . . . . Li g nito perfecto .. ·. . . . . . Hulla seca, de ll am a la rga . . . Hulla para gas .. . . . . . . . Hulla g_rasa p ara forja. . . . . Hulla semi- gras a.. . . . . . Hulla seca, de llama corta . . Antracita . . • . ; . . . . . .

AIRE.

Pesos.

ÁCIDO carbónico.

AGUA vaporiza da.

VolúVolúmenes Pesos. menes Pesos.

k me. k me . 1 k 1'ro.3 1'783 4'404 3'406 1'.3.38 1'467 1'025 6'.37 8 4'9.3 2 1'907 1'7.39 1'213 7'5 48 5'8.3 7 2' 200 1'9 12 111.3.37 -8 13 1.3 6 1 429 2' 410 2' 19411 '5.34 9'5.39 7'3 7.7 2'714 2'.340 1 11 6.36 10'1 7.3 7'868 2'866 2'6.31 !1'840 1-1'4.39 8 1847 3 ' 117 2'6401'84611 '478 8 1877 3'1 90 2'670 11186 7 11 '609 8 1 978 3 '204 2'734 ' 1'9 12 11 '88 7 9'193 13 •374 2' 719¡1 •905 11 1823¡ 9'142¡3'447

GANTIDAD DE OXÍGENO LIBRE CONTENIDO EN GAS DE LA COMBUSTION.-Al practicar el análisis de los gases de la combustion de un hogar, se encuentra, en general, cierta cantidad de oxígeno libre, tanto m~s importante , cuanto mayor sea el exceso de airé ; de suerte que, dicha cantidad permite apreciar el exceso -1 de volúmen de aire. - Sean, a el volúmen de aire necesario para la combustion de I kilo de carbono(a =8'967m 1), y na el volúmen de aire realmente empleado. EL

El volúmen de ácido carbónico producido por kilo de carbonó, es. El volúmen de oxíge.no del aire introducido .. De donde resulta que el volúmen de oxígeno libre es.

me.

0 ' 208

(n -

TOTAL.

Volú- 1 Volúmenes Pesos. menes Pesos . me.

Volúmenes

me .

0'056 .3 '391 2'698 0'1 12 ,4'93 1 3'9 22 0'19 1 5'81 7 4'6 27 0'21.3 6' 407 5'09 7 o'.309 7'366 5 '860 o'.3 64 7'8.36 6'2.34 0'5u 8'809 7'008 0'448 8'838 7'03-1 0'415 8'940 7' 112 o'.39 2 9' 15.3 17'28 2 0' 29·8¡9'ro5 7' 244

me.

5'404 7'378 8'5 48 9'31.3 10'5 40 11 1' r7.3 12 440 12 '478 12'609 12'88.7 12'823

de donde 0 ' 208

4' 2i5 5º559 6'402 6'9 26 7'805 8'2 75 9'22 6 9'205 8'975 9'438 9'.32 7

= 0'208 r·

Dando varios valores á r, se halla :

= 0 ' 041.6

r= r) a .

ID C,

1~~

0 ' 208 (n - 1) a r - ----'------'--na '

na.

Volúmenes Pesos.

0'6 67 0'6.30 0'784 0'045 0'965 0' 4.50 0'560 0'09 0 1'11.3 0'3 78 · 0'4 71 0' 15.3 1'224 0'315 . o'.39 2 0' 17 1 i '3 7.3 0' 2115· 0'263 0' 248 1'447 0'18 45 0'2.3 0 0'2925 1'5 77 o'rn4 0' 130 0'4 10 1'6 14 0'090 0' 112 0'360 1'65 2 0'072 0'090 o'.3 33 1'707 0'045 0'056 o'.31 5 1 1' 744¡0'031.s 0'039 0'2.39

r=o

0'208

AGUA producida.

La relacion r entre el volúmen de oxígeno libre .y el volúmen total de los gases de la combustion, que es sensiblemente el del aire á la misma temperatura, es, pues:

r 0 ' 208

COJY.l'.BUSTION"_ v A om, 76

VOLÚMRN RS RllTRAlDOS Aºº

0 ' 104

n= n=

1 ' 50

1 ' 25

no hay ex ceso de aire; por 100 de exceso de aire ; 50 por 100 de exceso de aire; doble volúmen de aire. 25

Estas cantidades sólo son absolutamente ex actas con relaclon al carbono; sin embar-

.•

FÍSICA INDUSTRIAL . 40 go, son suficientemente aproximadas para la comunicacion, por un lado eón los depósitos hulla y el cok. A, B, C, por medio _de las llaves a, b, e, y Así, para la hulla , cuya combustion ya se por el otro., por medio del tubo X, con la atha estudiado, con un .volúm~n doble de aire, mósfera ó con la envolvente que contiene los el volúmen de oxígeno libre de los gases de gases que se analizan, estableciéndose la comunicacion por la_llave R. La tubulosa r le ' l '762 la combustion es 1'762 m3, esto es, , 17 2 69 hace comunicar con el fuelle exterior S. Haciendo sübir el frasco F, el agua conte-_ = 0'1018 del volúmen total; á lo cual, si se aplica la fórmula, se encuentra n 1'96 en _nida en el medidor sube ·tambien, · expeliéndose así parte del gas que contiene, ya á uno vez den= 2, que es la relaciori ex.acta. En la práctica industrial, el peso de aire de los depósitos ó ya al exterior, abriendo la introducido por kilógramo de hulla varía en- llave R. Si se baja el frasco F, se produce tre 12 y 24 kilos, que son los límites á que la inversa, es decir, que, se verifica un vacio no es conveniente aproximarse demasiado. en el medidor, aspirándose así los gases, ya Cuando este peso esté próximo al límite inde los depósitos ó ya de la. envolvente, seferior, 12· kilos, es fácil que se_obtenga una gun estén abiertas unas l! otras llaves. . combustion incompleta por falta de suficiente Cada depósito se c~mpone· de un manguicantidad de oxígeno: si se aproxima á 24 ki- to provisto de dos tubulosas, una arriba y otra los, . el volúmen de los gases producidos es abajo: la superior, que lleva una llave a, b, ó doble, el calórico se reparte en una masa mu- e, establece la comunicacion con el tubo hocho mayor, la temperatura baja y los gases rizontal T T; la inferior sumerge en un frasarrastran más cantidad de calórico al salir co M, N ó P, conte_n iendo cada uno de ellos del aparato, En los hogares bien dirigidos, un reactivo particular, y tienen además pracpara disminujr esta pérdida se mantiene el ticada una abertura, que comunica con el peso de aire introducido entre 15, y 18 kilos exterior, por la cual sé l~s vierte él líquido, por kilógramo _de hulla, para realizar una cerrándolas con un ta pon -de -ca uchú. En el buena combustion con un exceso de aire frasco. M el reactivo sé compone de una lejia de sosa á 36° Baumé, para la absorcion del l , l , l , a - , a o mas. de áddo carbónico; en eI: segundo fi;asco N hay 2 4 APARATO ÜRSAT .-El análisis d~ los gases tina disolucion de pirogalato de potasa, para de la combustion se practica generalmente absorber el oxígeno; y, en el frasco P, una con el aparato Orsat, modificado por Salle- solucio.11 de protocloruro de cobre amoniacal, para absorber el óxido de carbono. El piron (fig. 14); Se compone princípalmente: r.º de un tubo rogalato de potasa y el. protocloruro de cograduado K' para medir el volúmen de los bre amoniacal, que absorben el oxígeno, se gases; 2.º de una série de tres depósitos A, cubren, en los frascos, con una capa de B, C, de vidrio, en los cuales se efectúa la 1 centímetro de aceite de petróleo, á fin de absorcion sucesiva de los distintos gases por impedir su contacto con el aire. Los dep~itos A y B contienen un gran medio de reactivos particulares. El medidor K es un tubo graduado en cen- número de tubb s de vidrio, que están mojatímetros cúbicos, de o á 100; está rodeado de dos por los reactivos al subir de los frascos una envolvente de vidrio, y su intérvalo está inferiores, como veremos luego, presentanlleno de agua para mantener los gases á una do así una gran superficie á los gases que los temperatura ca~i constante durante la opera- ocupan. De este modo la absorciones mucho cion. La parte inferior del medidor·comuni- más rápida. En el depósito C se. encuentra un" cilindro ca, por medio de un tubo de cauchú G, con · un frasco F que contiene agua acidulada con de tela de cobre rojo, que, no ~an sólo aumenácido clorhídrico para·que no disuelva el áci- ta la superficie de absorcion, si que tambien, do carbónico; su parte superior está unida,· al disolverse en el clorhidrato de amoníaco, por medio de tubulosas y tubos de cauch4,- produce protocloruro de cobre que regenera á un tubo horizontal T T, que le pone en á este reactivo.

DE LA COMBUSTION

Para el análisis de los gases de la com bustion se opera como siguy: Carga de los depósitos.-Se abre la llave R para establecer comunicacion con la atmósfera, y se sube el frasco F á altura con veniente; el agua acidulada sube por el medídor K, expeliendo el aire contenido en é1. Al encontrarse lleno de agua, se cierra la llave R y se abre la llave a, permaneciendo by e cerradas; al propio tiempo se quita el tapan del frasco M. Al bajar el frasco F se produce en el medidor la aspiracion del aire qel depósito A, que, se llena con la lejía de sosa con tenida en el frasco inferior M. Se establece el nivel del líquido hasta el trozo grabado en el tubo estrecho colocado sobre el depósito y se cierra por último la llave a. Se abre luego la llave R, y, subiendo el aspirador, se llena nuevamente el medidor: cerrando otra vez R y abriendo b, se quita el tapan del frasco N y se baja F; de este modo el depósito B aspira el pirogalato hasta el trazo señalado en el tubo estrecho que tiene encima. Se cierra entonc~s la llave b, y, operanda del mismo modo con _relacion al depósito C, se le llena de protocloruro de cobre hasta el trazo indicado. El aparato se encuentra así dispuesto para la aspiracion de los gases. Aspiracion de los gases que se analir_an.Se abre la llave R, subiendo luego el frasco F para que llene el medidor K hasta el trazo superior o. Se cierra dicha llave R, estableciéndose comunicacion por el tubo X con el conducto de humo de donde se deban extraer los gases que se analizan. Se abre la llave r, y, haciendo funcionar el fuelle, se aspiran los gases del tubo X purgándolo del aire ó de los gases de una operacion anterior. El fuelle debe funcionar durante mucho tiempo -para que la expulsion sea completa y el tubo X se encuentre completamente ocupado por los gases que se analizan. Se cierra entonces la llave r y se abre R; se baja el frasco F y con ello se aspiran los gases que pasan á llenar el medidor hasta la division 100: entonces -es cuando se· cierra R. De este modo se obtienen 100 centímetros cúbicos de gas en el medidor. Dósis de ácido carbónico.-Se abre la llave a y se sube el frasco F, con lo cual, el agua FÍSICA IND.

b.ace pasar los gases del medidor al depósito A poniéndolos en contacto con los tub0s mojados con la lejía de sosa, que baja al frasco M. Con ella se absorbe el ácido carbónico: se baja el frasco F para que lbs gases vuelvan á pasar al medidor, y entonces el depósito A se llena nuevamente de lejía, que se hace llegar hasta el trazo, en cuyo instante se cierra la llave a. El frasco F se coloca de modo que el agua permanezca al mismo nivel que en el medidor, á fin de que el gas se encuentre en éste á la presion atmosférica. Se lee el volúmen ocupado, y la diferencia entre los volúmenes señalados antes y despues de la absorcion dará el vohímen del gas ácido carbónico retenido por la sosa. És conveniente que el gas pase repetidas veces por el depósito, y llevarlo cada vez al medidor, hasta que, al dar dos lecturas consecutivas _el mismo resultado, se tenga la seguridad de que la absorcion ha sido completa·. Dósis de oxígeno.-Dejand o cerradas las llaves a y C, abriendo la llave b, y subiendo el frasco F, los gases pasan al depósito B, poniéndose en contacto con la· disolucion de pirogalato de potasa que abso.rbe el oxígeno: el volúmen absorbido se mide haciendo pasar los gases al medidor, del mismo modo indicado anteriormente para el ácido carbónico. Dósis del óxido de carbono.-Para .hacer pasar los gases restantes al tercer depósito C, se opera como antes, empleando igualmente el sistema de lecturas sucesivas. Dósis del ár_oe.~Despues de las aspiraciones re;meltas en los tres depósitos, el volúmen que queda es el del ázoe y demás gases que no pueden quedarretenidos por ninguno de los reactivos. Prácticamente se admite que el ázoe forma la totalidad de lo que resta del análisis de los gases de la combustion. A pesar de que los resultados obtenidos con el aparato Orsat no son muy exactos, con todo, suministra en la práctica indicaciones muy útiles relativas á la marcha de los hogares, sirviendo de guia para calcular el espesar de combustible en la rejilla, para el manejo del registro de tiraje, el intérvalo de tiempo entre dos cargas consecutivas, etc. El conocimiento de la potencia calorífica de los cuerpos permite calcular, para todos los ·casos que pueden presentarse, la cantidad de T,

II,-6

FISICA INDUSTRIAL

combustible que debe quemarse para producir un efecto dado, cuyo efecto corresponde siempre á un número N de calorias que d~ben utilizarse, _y, por consiguiente, que deben producirse. Representando con C lapotencia calorífica del combustible, la cantidad que deberá consumirse para producir N calo- .

vas, de sus temperaturas iniciales, del medio en donde se resuelve la combustion, etc. En general, el calórico M suministrado por un hogar cualquiera, se puede dividir en dos _partes: el calórico R radiado á las paredes de la envolvente en donde se verifica la combustion, que es absorbido y transmitido por ellas, y el calórico G empleado en elevar la rias será evidentemente igual á ~; pero, como temperatura de ros gases de la combustion: en la práctica sólo puede utilizarse una frac-· cion n de la potencia calorífica del combustible, la cantidad que deberá mezclarse estará El calórico radiado R depende de la tem peN ra tura del hÓgar, de ta naturaleza y de Ja representada por - C n . temperatura de 1~ envolvente. Cuando en la Supongamos, por ejemplo, que se trate de parte superior del hogar está situada una calcalentar 10 metros cúbicos de agua á 40°, por . dera que contenga agua (fig. 15), l_as parehora: empleando . hulla y utilizando las tres des se encuentran, entonces, á una temp·era-· cuartas partes del calórico producido, la can- tura inferior á la del hogar, siendo considetidad de hulla que se deberá consumir por rable el calórico transmitido por radiacion. 10000 40 Casi siempre el valor de R es mayor que .el hÓra eh el hogar será X = 66?6k. bOOO de G. Si se trata de prQducir por hora 500k de . El-caso más ·sencillo que puede presentarse, vapor de agua á rnoº, encontrándose á oº el es el de un hogar colocado en una envolvente agua de alimentacion de la caldera, y siendo de obra de fábrica (fig. 16), que se supone de 627 el calórico latente µel vapor, la can- suficientemente gruesa para que no se piertidad de calórico que se deberá producir será da calórico á tr~vés de sus paredes. . 5oox 637 =318500•; y la .cantidad de hulla á En este supuesto, la temperatura de las paquemar, por hora, el?- las mismas co~diciones redes es, .á poca diferencia, igual á la del hogar, es decir, que existe radiacion recíproca á , 318500 ·q ue anteriormente, _ será igual a 6ooo la misma temperatura, y por lo tanto, como = 53 '08~. -\ las paredes dan lo que reciben, el calórico $upongamo~,- por último, que se trate de transmitido por radiacion es nulo: calentar 20000 me_tros cúbicos de aire poi: R'=o. hora á 50°, en una chimenea de aspiracion, en la cual se utiliza todo el calórico, y que se · De esto resulta que todo el calórico produquiera emplear la madera que contiene '0'30 de cido por la com bustion se utiliza para elevar agua; siendo 1'3k el peso de un metro cúbico la temperatura de los gases que salen del hode aire, el peso del aire que se debe calentar gar, y se tiene: será _20000 X 1'3 = 26000k; la capacidad caM=G. lorífica del aire es á poca diferencia 0'24, luego se tiene N = 26000 X 0'24 X 50=3i2000•, Para calcular la temperatura del hogar basy la cantidad de madera que se debe quemar, tará determinar, por una parte, la cantidad 312000 ' de -calórico M sum_inistrado por el combusties d e - - - = 104k. ·- 3000 ble, y, por otra, la naturaleza y el peso de los gases producidos que deben absorberle por su Temperatura de la combustion. elevacion de temperatu_ra H; hé aquí la marcha que ·debe seguirse: La temperatura producida por la combusTEMPERATURA CUANDO EL CALÓl,UCO RADIADO tion depende de un gran número de elemen- ES NULO.-Llamemos Pal peso del combustitos, de la naturaleza del combustible, de la ble quemado, C el calórico específico y o su del comburente, de sus proporcio_n es relati-· temperatura inicial al introducirle en el ho:-

DE LA COMBUSTION

gar-·; llamemos igualmente P' al peso del comburente (oxígeno ó aire), C' su calórico específico y 6' su temperatura de entrada en el hogar. Sea N la potencia calo~ític.a del combustible; si la combustion en el hogar fuese completa, el calórico emitido seria P N, pero como cási siempre, una parte de los gases combustibles ó queman despues ó no queman absolutamente, si se llama m á la parte realmente quemada en el hogar, el calórico émi:.. tido será tan sólo m P N. Añadiendo á esta cantidad el calórico con:. tenido en el combustible á partir de oº, esto es, ·p C 6 y el caló_rico contenido en el comburente, P ' C' o·, el calórico total suministrado al hogar, á partir de oº, será: ·¡

•

Los calóricos específicos delos gases, excepto con relacion al hidrógeno, cuya cantidad es insignificante, se diferencia muy poco de 0'24, por cuyo motivo se puede simplificar la fórmula, por cálculo aproximado, tomando el calórico específico medio de los productos de la co~bustion. Lhmando A al paso del comburente empleado en la combustion de r kilógramo de combustible, el peso" total del comburente es P' = P A, y como

·Epc=o'24(A

+ r)

hacien<l:o la substitucíon en la fórmula (1), se tiene:

+ A C' 6' + m N

T _ .C 6 -

(A+ r)

0 ' 24

•

M=P ca+P'C'O+mPN . que es el calórico que eleva la temperatura de los gases de la combustion sobre o"'. Llainando·p,p', P'' á los pesos de losyários productos de la combustión, e, e', e'' á sus calóricos específicos-respectivos y T á su temperatura comun, despues de la combústion, el calórico absorbido, contándole igualmente á partir de oº, es:

_L a temperatura es independiente del peso del combustible empleado. Si el combustible y el comburente se toman _á la misma temperatura 6, y si"los calóricos específicos son iguales á 0'24, que es aproximadamente exa9to en la mayoría de los casos, se obtiene simplemente: T-a+ --.

0 '24 (A.+ 1)"

APLICACIONES. -Apliquemos la fórmula á · varios casos particulares. Supondrémos que la En la' hipótesis esta.b lecida de que las pare- combustiones completa, es decir que m = r, des son de fábrica y no dari pérdida de caló- las tempera turas iniciales O=a y O'= o, en éu yo rico, se tendrá: M = G, y caso la fórmula (r) se c_o nvierte en

= (p c tP' e'+ p· e") T = 1

TE p c. , .

P co+P' c ·o, +mP N = T Ep e_;

por con_siguiente, (r)

= Eic·

T = P C o+ P' C' 6' + m P N · .

Epc .

que es la fórmula general de la temperatura para el caso de un hogar de paredes imper- . mea bles al calor. · · Segun esto, se ve que la temperatura de la combustion será tanto más alta · cuanto más altas sean fambien las temperaturas iniciales 6 y O' y cuanto menor sea el peso E p de los gases que se desprenden. _Para obtener estas temperaturas es conveniente calentar el combustible y el comburente· antes de que se combinen, que es lo que se práctica en un sin.número de aplicaciones ·industriales.

E pe se refiere á r kilógramo de combustible. Combustion del carbono. N = 8080. Con el oxígeno puro. Epc=o'793: .

8080

.o T = -,- = 10180. o 793 .

Con el a'ire en volúmen exacto, E p e:= 8080 97 I

T = - , - = 2753. 2

Con·e1 aire en _;olúmen doble, Ep·c= 5'73 r: 8080 .

T= - , - = 1409. ~ 73 I 'Combu-stio11 del hidrógeno, N

= 29000.

FÍSICA INDUSTRIAL

calórico especifico, dado por Pouillet y el calórico latente, dado por P erson. 6o La temperatura de combustion que obt-uT -- 29000_ - ,- - 71 3. 4 32 vieron era igual á 2 500°. Operando Bunsen la combustion con un Con el aire en volúmen exacto : eudiómetro de válvula, determinó la tempeo 29000 6 ratura de la combustion á volúmen constante T - - ,8--2 77 . . 10 3 por el a'umento de presion, y halló 2844° con aumento de presion de 8 9 atmósferas, cuCon el aire en volúmen doble : yas cifras distan mucho de 6713 suministra" 29000 o das por el cálculo. , = 1492. T= 19 50 Lo mismo se verifica con ia com bustion del óxido de carbono por medio del oxígeno. Com·b ustion del óxido d.e carbono, N Saint-Claire, Dev ille halla una temperatura 2403 . de 2600 á 2700º á la presion atmosférica, y Con el oxígeno puro, Bunsen 3000º á 9 ó 10 atmósferas, cuando el 2403 o cálculo indica 7067°. T = - , - = 7067 . o 34 El fenómeno de la separacion ó desagregacion, descubierto por Saint-Claire, explica . Con el aire en v.olúmen exacto: perfectamente bien esta diferencia aparente º 2403 , T entre la práctica y la teoría . El cálculo supo- _ = 0'8065 = 2979 ne que la combustiones completa, que m = 1, mientras que realmente la combustiones sólo Con el aire en v olúmen doble: parcial. A partir de cierta temperatura; cor2403 o respondiente á la- tension de desagregacian, T =-,-=1720. I 397 la combinacion ya no se verifica, alcanzando Para la hulla, cuya composicion hemos es- su límite máximo la temperatura. En la meztudiado anteriormente, que queme con ·un cla de los gases, queda siempre cierta cantivolúmen de aire dos veces mayor que el es- dad de oxígeno y de hidrógeno que no se trictamente necesario, suponiendo N =8080, combina, permaneciendo en estado de gases inertes. La temperatura más alta observada se üene : por Bunsen se explica, por cuanto la tem, o 8000 peratura de desagregacion aumenta con la 1 =5 ' 438= 1471 . tension, como la temperatura del vapor saturado aumenta con la presion. Aplicando la fórmula aproximada (2): Partiendo de la temperatura de combustion hallada experimentalmente, se puede calcuT = ~~o~ = 1480º. 54 lar la cantidad de combustible que no se ha Se vé, pues, que la diferencia no es muy combinado. Así, con relacion á la combustion del hinotable, por lo tanto, en la práctica bastará drógeno con el oxígeno, en el experimento emplear esta fórmula de aproximacion. INFLUENCIA DE LA SEPARACION.-Las tempe- de Saint-Claire D'eville y Debray, siendo m ratúras obtenidas relativamente á la combus- la cantidad de hidrógeno que se ha combination del oxígeno puro , son, en realidad, mudo por kilógramo de combustible empleado, cho más bajas que las .determinadas por el 1 - m será la fraccion que no se ha com binado. cálculo. Por otra parte, siendo el peso de oxígeno Saint-Claire Deville y Debray, empleaban introducido para la combustion, de 8 kilos por el soplete de gas oxígeno é hidrógeno, para la fusion del platino; determinaban la ~empe- kilógramo de hidrógeno, la fraccion combiratura enfriando la masa fundida en el agua, . nada será 8 m y la no combin~da 8 (1 - m). El calórico emitido es 29000 m. y medían el calórico · perdido por medio del Con el oxíg erio puro

DE LA COMBUSTION

29000 m

Los gases de la combustion son:

45 9 m X 0'48 T +(r- m) 3'40 (r - m) 0' 2182 T ,

T +s

.El vapor de agua, cuyo peso es 9 m. El hidrógeno . (r -m). El oxígeno - ' - 8 (r -1n).

de donde, tomando T

Si no existen pérdidas, el 11:alórico absorbido por estos gases será igual al calórico emitido, y se tendrá la relacion:

= 2500, se.deduce:

m-0'45, que es un poco más de la mitad del hidrógeno perdido para la combustion. En el experimento de Saint-Ctaire Deville y Debray, se tendrá, pues:

Volúmen

Vapor de agua. Oxígeno ... Hidrógeno ..

Peso total.

La tension del vapor de agua en la mezcla, es decir, la tension de desagregacion, es, pues. 5'049 0'353 at. á 2500º. 14'271 Para determinar en el experimento de Bun-

sen la parte de hidrógeno realmente combinada, el cálculo se hace del mismo mo.do ; pero como aquí no cambia el volúmen, se deben tomar los calórico~ específicos á volúmen constante. La relacion es la siguiente·

= 2844, se obtiene por re-

Así, pues, 0'653, ósea ·1os ; aproximada-

pues, haciendo T sultad0:

mente de hidrógeno escapan á la combustion y se tiene:

m= 0'347.

Peso de vapor. Peso de oxígeno . .. .. Peso de hidrógeno .. •.

0'347 X 9 0'653 X g 0'653

= 3' 123k. = 5'224k.

El peso total es 9, y el volúmen total 14'833 á cero grados y á 0' 76 de presioµ. 1 El volúmen de hidrógeno y de oxígeno, antes de la combinacion, era:

Volúmen á o y á 0' 76 - 3'884 - 3'653. - 7'').96.

00 '.

Siendo y la tension á la temperatura de 2844º sin que ·cambie el volúmen, para determinar y, se pondrá:

y = 14'833_ (r 16'767 . 0'844 X II 437

X 2844)

= IO ' Il

at.

FÍSICA INDUSTRIAL 40 por consiguiente, la tension del vapor en la mezcla, es:

= 2'65

'88 4 14'833 ·

10'1107 X .3

mk V

Po p

I I

+at

•

El volúmen de los gases · que no se han combinado, és:

at.

que es la tension de desagregacion ~ 2844º. En 1~ combustion·por medio del aire·, las temperaturas absorbidas difieren menos de las temperaturas calculadas. Así, para los combustibles carbono, hidrógeno y óxido de carbono, cuando la cornbustion se hace con un volúmen exactamente suficie1+te de aire, el cálculo dá temperaturas . de 2700 á 2800°, cuando en la práctica sólo · alcanzan de 1700 á 1800°. La diferencia se explica por la desagregacion y tambien por las pérdidas á través de las paredes que, · á estas altas temperaturas, son siempre muy importantes y no se han tenido en cuenta en el c~lculo. En el caso de la combustion con un volúineh. de aire doble, la diferencia entre las temperaturas halla~la's por el cálculo y las observadas no es tan importante, bastando para . explicarla, la transrnision á través de las paredes.

~ m) V

Po X

· ·

coNsTANTE.-En este caso deben tornarse los calores específicos á volúmen constante, mas corno éstos dan lugar á dudas cuando se trata de temperaturas muy altas, se pueden obtetener, por cálculo, dos límites entre los cuales esté comprendida la temperatura, como acons.eja Berthelot; prescindiéndose entonces de los calóricos específicos y rnidi~ndo simplemente la presion producida en el momento de la combinacion. Llamarnos V al volúrnen del globo calorimétrico de Berthelot, ocupado por los dos gases que deben combinarse; antes de la explosion, su temperatura es t y la presion p Si se combinan á presion y temperatura constantes, se producirá una reduccion k de volúmen, de suerte que el volúmen del compuesto r~sultante, será: k V. : · Si la com binacion no es completa, sea m la cantidad que se ha combinado, p la presion y t la temperatura de la _mezcla de gas despues de la explosion. El volúmen del compuesto producido á p y t, es: 0

•

+ at

+a t

•

Como la suma de los volúmenes es constante é igual á V, se tiene:

1+at I +a t

Pº x---(mk+i-m)=I p

de donde, siendo - a --:- 2 73, se deduce :

Por ser el valor de m igual á 1, cuando la combustion es completa, en este caso, se tendrá:

P -273, tmáx. -(273 +t ·P/. 0)

que es el valor máximo de la temperatura . El valor mínimo de m es cero,. y se tiene:

TEMPERATURA . DE COMBUSTION Á VOLÚMEN

+a t

t mln . = (~73

:o -273,

. que es el valor mínimo de t. El valor verdadero se encuentra necesariamente comprendido entre estos valores extremos. Aparatos de éa.lefaccion. ,

OBSERVACIONES GBNERALES.-Losaparatos de calefaccion, en los cuales se produce y utiliza el calórico, afectan formas y disposicio- , nes muy distintas, segun el objeto especial que se propone; pero, en general, sean las que fueren estas djsposiciones, se les distingue tres partes principales: El hogar, en el cual se efectúa la com1. ª bustion y en donde se produce el calor. 2. ª El receptor, que recibe el calórico producido en el hogar y le transmite á ·1os cuerpos que, bajo su influencia,· deben calentarse, vaporizarse, transformarse; etc. 3.3 La chlmenea, que dá salida á los gáses de la combustion, y deter~ina al propi9 tiempo el tiraje, es decir, la afluencia del aire

DE LA COMBUSTION

al com bus ti ble y la circulacion de los gases en contacto c.on el receptor. La chimenea se sustituye, á veces, con un ventilador ú otro aparato cualquiera de aspiracion ó insoplacion. Independientemente de las condiciones generales de estabilidad á que debe· obedecer toda construccion, los aparatos de- caldeo están sometidos á contracciones particulares resultantes de la accion del calor y de la necesidad de· asegurar un funcionamiento económico y regular. Una de las primeras condiciones que ,debe lJenarse, es que la dilatacion de las diversas partes que les constituyen sea libre y fácil. Un aparato de calefaccion está compuesto de materiales de naturalezas distintas, tales como ladrillos , hierro , hierro fundido , etc., desigualmente dilatables, desigualmente caldeados, todo lo cual motiva movimientos que deben efectuarse sin detrimento de la sólida y buena marcha del hogar. -Otra de las condiciones especiales relativa á los aparatos de calefaccion, es que deben ser fáciles de limpiar; pues ya se sabe que los gases de la com bustion, al circular por los conductos, depositan cenizas que deben quitarse de cuando en cuando para que no perjudiquen la marcha del aparato. Además, como las materias calentadas, el agua de las calderas de vapor, por ejemplo, forman generalmente depósitos é incrustaciones , es mÜy importante poderlas quitar con facilidad. La eleccion de los materiales tiene, igualmente, una importancia muy particular. No basta que sean de buena calidad para que resistan á los empujes de presion, de traccion ó de flexion, corno en una construccion or-

· dinaria; se requiere, además, que, por su naturaleza especial, puedan resistir la accion destructora del calor. En albañilería, generalmente se emplea el ladrillo comun y el refractario para las partes expuestas á altas temperaturas. El hierro fundido y la plancha de palastro deben ser tambien de calidad particular para que puedan soportar, sin romperse, las dilataciones y los movimiéntos resultantes de Jas variaciones de temperatura. Para las calderas de vapor, en p~rticular, las planchas deb~n escogerse con el mayor cuidado, tanto para evitar accidentes personales como reparaciones muy costos.a s, por no decir imposibles, á veces . . El estudio de un aparato de calefaccion debe hacerse principalmente bajo el punto de vista de la economia del combustible, para lo cual debe atenderse á las formas y á las proporciones de sus yarias partes. El hogar debe disponerse de tal modo que se obtenga la mejor cqmbustion posible, y el rec~ptor, para poder utilizar la mayor parte del calórico producido. En una palabra, debe disponerse todo de modo que el manejo sea fácil: la rejilla á conveniente altura para cargarla, el combustible bien á mano, las llaves y válvulas al alcance fácil de la mano, los indicadorés de pre~ion, de nivel, de temperatura, bien á la vista, el manejo de los registros cerca del fogonero, etc. Es indispensable que la rnision de cada uno de estos aparatos accesorios, en particular las llaves, esté indicado de un modo claro y preciso para evitar dudas, con lo cual se evitan 11?-aniobras falsas, que son casi siempre causas de accidentes.

•

CAPÍTULO II

Hogares ordinario"s de rejilla

hogar es el sitio en donde se ve- fundicion, sobre los cuales se extiende el rifica 1a combustion. La forma y combustible formando una capa regular. Eslas proporciones de un hogar de- tos barrotes dejan entre sí espacios vacíos ben determinarse para que den repartidos co'n toda igualdad, por los cuales una combustion tan completa pasa el aire casi uniform~,mente, repartiéncomo sea posible, y así obtener dose por todos los puntos de la masa del el máximo de calor. combustible. La primera condicion es que Segun _la f?Osicion de la r_ejilla, con relacion el aire penetre librem~nte y con igualdc1d en al receptor de calórico, los hogai:es se divila masa del combustible. den en dos clases: hogares exteriores y hoCuando se quema madera, el intérvalo que gares interiores. naturalmente existe entre las maderas, voluLos primeros, corno su nombre indica, esminosas siempre, permite él fácil acceso del tán colocados exteriormente con relacion al aire, de suerte que, en rigor y siempre que el receptor, el cual sólo ocupa una parte de las hogar no sea muy grande, basiará una su- paredes de la envolvente en donde se verifica perficie plana, sin aberturas especiales debajo la com bustion y sólo recibe una:parte del capara la entrada del aire; por lo tanto, éste lle- . lórico radiado directo; á veces se le coloca gará por los lados. Sin embargo, es preferible completamente al exterior. En los hogares siempre hacer lo que en las chimeneas de ha- exteriores, una parte de las paredes de la enbitacion, es decir, disponer la leña sobre bar- volvente, y tambien á veces la totalidad, es de rotes de hierro ó de fundicion, que les den albañilería. cierta altura y permitan la caída de las ceniEn los hogares interiores, la rejilla se cozas sin perjudicar el acceso del aire, que se loca en el interior del receptor, el cual enpuede así efectuar por debajo. . vuelve, por consiguiente, todo el hogar y rePara la hulla, la turba, el cok, y, en gene- cibe toda la radiacion. ral todos los combustibles en fragmentos peHOGARES EXTERIORES DE CALDERA DE VAPOR. queños, ya no es posible emplear este proce- -Disposicion ordinaria.- Las figs. 17, 18, dimiento; para quemarles es preciso colocar 19 y 20, representán la disposicion ordinaria rejillas formadas por barrotes de hierro ó de de un hogar aplicado al caldeo de una cal1

•

ª·

• DE REJILLA 49 dera de vapor del sistema llamado de dos madera y los combustibles de mucho vohervideros. Se le puede considerar como tipo lúmen, se pueden dar intérvalos de 10 á 12 de los hogares exteriores de caldera. milímetros, en cuyo caso el espesor del barEl hogar se compone de una rejilla, sobre rote es de 25 á 30 milímetros; la suma de los la cual se coloca el combustible. Está coloca- intérvalos libres debe ser aproximadam ente da entre dos muros- laterales de ladrillos re- igual á la cuarta parte de la superficie total fractarios; encima se encuentran los hervide- de la rejilla. ros, llenos de agua, que reciben una parte de Para los combustibles en pedazos pequela radiacion. Debajo está el espacio vacío lla- ños, los intérvalos libres no deben llegar á mado cenicero, provisto de una abertura por r centímetro, dándoseles generalmente de 6 la cual pen~tra el aire que alimenta la com- á 7 milímetros, para conservar una seccion bustion. Detrás, el hogar está limitado por total libre suficiente - para el paso del aire; un muro de ladrillos refractarios tambien, . entonces el espesor de los barrotes es de 15 por encima del cual pasan los gases de la y de 12 milímetros y menos aún. Los barrocombustion que salen del hogar. tes delgados tienen la ventaja de repartir meRejilla.-La rejilla se compone de cierto jor el aire en la masa del combustible, pero, número de barrotes dispuestos paralelamen- en cambio, son trágiles y propensos á deforte unos á otros, que entre sí d_e jan intérvalos marse, rompiéndose ó curvándose frecuentep1lra el paso del.aire. · mente bajo la accion del calórico. · Los_barrotes son, generalmente , de hierro · Para darles más rigidez se funden de dos fundido; vistos en proyeccion horizontal tie- en dos y tambien de tres en tres juntos, que nen la forma rectangular (figs. 21, 22, 23) así tienen más masa y resisten IIJ.ejor los choque permite colocarlos con toda regularidad. ques,• pero en cambio, á cagsa de las desLa parte más estrecha de estos barrotes lleva iguales dilataciones están propensos á romen su centro un regrueso igual á los de los perse. extremos, siempre que tengan mucha longiLos barrotes delgados casi siempre se hacen tud (figs. 24, 25) . de hierro laminado por resistir mejor que el Su seccion longitudinal .tiene una forma fundido (figs. 26, 27 y 28). Permiten end!=lcasi parabólica (figs. 21 y 24) cop. una altura rezarles cuando se deformen, soldarles desque aumenta de los extremos al centro, para pues de rotos, lo cual es muy ventajoso en darles mayor resistencia. · ciertos casos, particularme nte en los-buques, La seccion transversal (fig. 22) atecta, or- compensando así su mayor precio. dinariamente , una forma triangular muy pro- · La separacion entre unos y otros se hace longada, de suerte que los barrotes yuxta- por medio de topes fijos. puestos dejan entre sí un hueco que crece de Se les soporta, ordinariamen te, con barras arriba abajo, y así facilita la entrada del aire de hierro llamadas durmientes, empotradas é impide muy parfü~ularme nte la obstruccion por sus extremos en la obra. Si las rejillas de ciertas .partes de la rejilla. pasari de 1'20 m de longitud, se colocan dos La altura de los _b arrotes es muy grande filas de barrotes y cuatro durmientes (fig. 29). relativamente al espesor (ro veces y más aún); A veces los barrotes apoyan en ef fre~te soesta gran altura aumenta la superficie de con- bre la placa de fundicion que se coloca entre tacto con el aire frio que· entra, y, debido al la puerta y la rejilla (fig. 30). enfriamiento que resulta, impide el exceso Es conveniente, y hasta indispensable , dede caldeo y ·la deformacion de ios barrotes. jarles siempre suficiente juego para la dilataLas rejillas de barrotes muy altos duran mu- cion. El hierro se dilata de 0 ' 0012 p_o r metro cho más que las otras. Para las rejillas de los para una variacion de temperatura de 100°; hogares dé las calderas de vapor, la altura en si se supone una temperatura de 500°, se deel cen~ro es, ordinariamen te, de 8 á 12 centí- berá dejar un juego de 0 '006 por metro. Para metros. _que esta precaucion dé buenos resultados se El intérvalo libre entre ·los barrotes <lepen- la debe disponer de modo que no vayan allí de de la naturaleza del combustible. Para la las cenizas ó resíduos y llenen este espacio, HOGARES ORDINARIOS

FÍSICA IND.

II.-7

• FÍSICA INDUSTRIAL

como en la fig. 6. La disposicion (fig. 31) es preferible._ Tambien se dá al extremo de los barrotes la forma de bisel (fig. 31), .que se apoya en la placa del ante-hogar, así, por la dilatacion, el barrote resbala libremente sobre este bisel. Este sistema tiene el inconveniente que al escarbar el fuego es fácil arrastrar los barrotes hácia delante y caen al cenicero. Para evitarlo se dá al extremo posterior de los barrotes la forma de gancho recto (fig . .32), que queda retenido por el durmiente; sin embargo, no deja esto de ofrecer cierta complicacion. Las rejillas se hacen generalmente horizontales y los durmientes á nivel; · pero tambien, á veces, se les dá una ligera inclinacion 1 1 -) hácia atrás, con lo cual se obtie(-8 á -10. ne más espacio para el desarrollo de la llama, sin que disminuya la abertura del cenicero ni perjudique la entrada del aire . Tambien se han colocado rejillas más altas por la parte posterior, para hacer más cómoda la carga y ver mejor el estado del hogar, pero esta disposicion rara vez se aplica. La altura de la rejilla debe ser tal, que su alimentacion sea fácil y cómoda; por lo tan·to, debe ·guardar relacion con la talla ordinaria del hombre; la práctica indica una altura de 0'75 m á o'8om para que el fogonero pueda dar una buena palada. La forma de la rejilla es casi siempre rectangular; esto permite que todos los barrotes tengan iguales dimensiones,y por consiguiente, un Solo modelo, lo cual facilita reemplazarles. Las rejillas redondas sólo se construyen cuando la forma del receptor obliga á ello, puesto que el gran número de modelos que requieren complican siempre el sistema. Peso de combustible quemado por metro cuadrado de rejilla.- Uno de los elementos más importantes, para la buena marcha de un hogar, es la actividad de la combustion, que se mide por el peso de combustible que se quema en la rejilla, por hora y por metro cuadrado. Este peso depende de la naturaleza del combustible y, en particular, de la veloci-. dad con que penetra el aire, es decir, de la energia del tiraje.

En las condiciones medias de una caldera de vapor, con un tiraje poréhimenea p.e 20 á 30 metros de altura, bajado en parte el registro para que la combustion sea moderada, correspondiente á una depresion media del hogar de 3 milímetros á 3'5mm en altura de agua, se cargará en la rejilla por metro cuadrado : 60 á 70 kilógramos de hulla corriente con un espesor de unos 0' 1om á 0'12m. 80 á 90 kilógramos de cok con un espesor de 0'12m á 0'15m . 1 50 á 200 kilógramos de madera con un espesor de 0'15m á 0'2om. En todos los cálculos que se harán se representará por p el peso de combustible, en kilógramos, quemado por metro cuadrado de rejilla y por hora. El movimiento del registro, para hacer variar el tiraje, permite aumentar ó disminuir el· consumo en más ó en menos de 50 por 100. Con una chimenea de potencia, un tiraje muy activo correspondiente á una diferencia de presion de 8 á rn milímetros en altura de agua, entre los dos lados de la rejilla, se pueden consumir hasta rno y 120 kilógramos de hulla corriente por hora y por metro cuadrado. Por lo contrario, si S€ baja el registro, se puede reducir el consumo á .30 y hasta 20 kilógramos por metro cuadrado de rejilla. La combustion de los demás combustibles puede variar en las mismas proporciones. Con relacion á los hogares ordinarios de caldera de vapor, que quemen hulla, se puede calcular que la combustion puede variar, con relacion al registro, de 40 á rno kilógramos por metro cuadrado de rejilla, con una combustion media de 60 á 70 kilógramos. Cuanp.o el tiraje se obtiene por medio de un ventilador ó por inyeccion de vapor, como en las locomotoras, la cornbustion, por metro cuadr_ado, puede aumenta~se considerablemente. Por esto es que en las locomotoras se llega á quemar 400 kilógramos y más aún, de hulla, por metro cuadrado de rejilla, con un espesor de 0·2om á 0'25m y hasta 0'3om . La depresion en el hogar alcanza, entonces, o' 10m de altura de agua. Superficie de la· rejilla.-La superficie de una rejilla debe guardar forzosamente rela-

5I Supongamos que se desee establecer una rejilla para una caldera capaz de producir u:n promedio de 500 kilógramos de vapor por hora. _El número de calórias A, necesario para vaporizar á tº un kilógramo de agua á a, se obtiene por la fórmula

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

cion con la cantidad de combustible que deba quemarse; mas, sus dimensiones absolutas en ancho y en largo, no deben en ningun caso pase.r de ciertos límites. E( ancho no debe ser meno-r de 0'25m, puesto que, de no ser así, la masa de combustible en ignicion seria muy pequeña, y A= 606'5 +0'305 t - 6. por lo tanto, la combustion muy costosa; además, tampoco el ancho debe pasar de 1 mePara el v.apor á 5 atmósferas t r 52'26º, tro, á pesar de que se hayan hecho rejillas de á el agua de alimentacion se encuentra y si 1'2om, de . (3am y hasta de 1'6om, en cuyo caso se colocan dos puertas de hogar, una al 12º, se tiene lado de otra. La longitud de la rejilla tiene tambien su límite, como se ha dicho; es conveniente que U= 500 X 640'94 = 320470 calorías .' ' no pase de 2 metros y hasta. si se quiere esta Si\ se supone un rendimiento -de p 0'60 y longitud es exagerada, por cuanto le es algo difícil al fogonero vigilar y repartir con igual- si la potencia calorífica de la hulla que se emplea es N = 8000, la relacion (r) será dad el combustible. De esto resulta que una rejilla de 2· metros 320470 0'60 X 8000 p s cuadrados dy superficie puede considerarse , como el máximo,. Si se necesita una superfips 66'76\ cie mayor, es preferible emplear várias reji_de suerte que, deben quemarse por término llas y vários hogares. Cálculo de las dimensiones de una rejilla. medio, en la rejilla, 66'76k de hulla por hora. Si el tiraje está graduado con moderacion, -Llamemos s á la superficie de rejilla que se b_usca, pal peso de combustible quemado por se podrá tomar para la hulla, P.= 65\ y enmetro cuadrado y por hora, y N á la poten- tonces ~ia calorífica de este combustible. El peso del combustible quemado por hora s = 66' 76 = 1'026111• . .es p s, y si la combustion fuese compieta, el 65 calórico producido seria p s N. El calórico que La rejilla deberia tener un poco más de un se utiliza en el aparato de calefacciones siempre mucho menor, ya á causa de la combustion metro cuadrado de superficie total. El ancho generalmente se dá menor que la incompleta, ya por las pérdidas debidas al en' friamiento de las paredes, á la salida de los ·ga- longitud; si aquel tiene 0'80 por ejemplo, la ses de la coq:ibustion calientes aún, etc.; por longitud será, 1'28m ; esto es: lo tanto, como efecto industrial sólo se utiliza una parte. del calor _total. Esta fraccion p se llama rendimiento. Con relacioll' á otro combustible, el cálculo Sí, pues, se trata de producir una cantidad se haria del mismo modo, dando á N y á p de calórico útil U, la expresion será: los valores correspondientes. (r) U=ppsN. , Si el cálculo condujese á dimensiones mayores que 2m seria conveniente emplear, como 'El valor del rendimiento p varía segun los ya hemos dicho, vários hogares y várias reaparatos, y, con relacion á las calderas de va-_ ~ por, está comprendida entre 0'4om y o'8om . . jillas. por ejemplo, se debieren producir 3000 fü, Para deducir de la fórmula (r) la superficie kilógramos de vapor po~ :P,ora, se hallaría: s de la rejilla, se principia por calcular la cantidad de calórico U necesario, segun el objeto U= 1922820 calorías, que se proponga.

=. =

)

FÍSICA INDUSTRIAL

y, tomand0 N =8000 y p = 0'60, ósea p N 4800, para el peso del combustible se tendría

_ 1922820 -_ 400 ,.6Ok PS - - 4-8--00 y haciendo, por último, p = 65, s

(

= 6' 16 metros cuadrados;

de suerte que, se neesitarán 6 rejillas de 2'05 m• ó 4 rejillas de 1-' 54,.f . de superficie de caldeo. Altura del hogar.-La distancia entre la rejilla y la caldera depende de la naturaleza del combustible, y se divide en cfos partes, el espesor de la capa de carbon y el espacio reservado al desarrollo de la llama. El _espesor de la capa' de combustible debe ser tanto mayor, cuanto más libremente permite el paso del aire, para evitar que pase éste en exceso, de todo lo cual ya se· ha tratado antes. El espacio reservado al desarrollo de la llama deberá ser naturalmente tanto mayor cuanto mayor sea la cantidad de gases producidos, y', por consiguiente, haya más llama. Si la caldera estuviese demasiado próxima, los gases se apagarían, produciéndose una combustion incompleta. Tampoco debe ser exagerada esta distancia, por cuarito se dismihuiria el. efecto de la radiacion, y como los gases subirían verticalmente se mezclarían mal,y la combustion no seria tan buena como con corriente invertida. La experiencia indica que, para las hullas ordinarias corrientes, la distancia entre la rejilla y la caldera debe estar comprendida entre 0'35m y o' 40m. Si la rejilla está inclinada, se le puede dar de 0' 5om á 0'55m en la parte posterior y 0'3om á 0'35m en el frente. Para el cok, la distancia media es algo mayor, de 0'4om á 0'55:. á causa del mayo·r espesor de combustible; para la madera, que además produce muchp. llama, podrá ser de - 0'5om á 0'55 111 • • Ara ó :tondo .- Al extremo de la rejilla se encuentra una parte murada de ladrillos refractarios llamada ara ó fondo, destinada, no tan sólo á _limitar e( espacio ocupado por el combustible, si que tambieu-para obligar_á la

corriente gaseosa á que se invierta y cambie de forma, para producir la mezcla _de los gases comhustibles y comburentes, y obtener el contacto necesario á toda buena combustion . Para obtener este resultado el fondo debe ser un poco elevado para que disminuya la seccion de paso y determine la deforrriacion de la -llama, con lo cual se producen remolinos en fa parte bruscamente ensanchada que sigue. Cent'cero.-El cenicero es el espacio situado debajo qe la rejilla en donde caen las ceµizas y las escorias; en la parte delantera se encuentra una abertura por donde entra el aire que debe atravesar la rejilla. La seccion de entrada debe ser-igual, á lo menos, á la suma de los espacios entre los barrotes, es decir, á 1/ 4 ó á 1/3 de la superficie total de la rejilla; sin embargo, se le puede hacer mayor. Es altamente conveniente que tenga buena altura para que la~ cenizas calientes y tas escorias inflamadas, que caen al fondo, no irradien calórico á los barrotes. La altura mínima es: 0'35m. La experiencia aconseja colocar en el fondo del cenicero un recipiente de fundicion de o' rnm á 0' 12m de altura (figs. 18 y 19), lleno de agua y provisto de un pico largo que comunica con el suelo .. Con este procedimiento todo cuan.to cae incandescente del hogar se apaga en seguida é impide la irradiacion; además, separado el cisco de las ceniias, por medio de una criba, puede servir nuevamente como c©mbustible. El agua tiene, tambien, ··la ventaja de que, constituyendo un verdadero espejo, permite que el fogonista vea por reflexion el estado de la combustion en la rejilla. Si se presentan partes oscuras indica que la c<;>mbustion no es buena en los puntos correspondientes de la rejilla. Tambien se atribuye cierta influencia al vapor que se produce, el cual, al atravesar ·el combustible, se descompone contribuyendo á dar mayor longitud á la llama de los combus.,. tibles secos y facilitar su combustion. Puerta y Placa del ante-hogar.--Para proteger e.1 frente del hogar, cuya obra está expuesta ª- la aGcion destructora del calórico intenso y á los ch9ques contínuos exteriores, se l.e reviste, generalmente, con una gran placa de

53 do no funciona. Si esta puerta está bien cerrada, se disminuye el enfriamiento de una manera notable, tanto que la presion del vapor en una caldera, baja poco de la noche á la mañana, y así puede el fogonero· resta ble-: cerla con la mayor rapidez, . resultando una gran economia de tiempo y de combustible.

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

fundicion en la cual se practican aberturas can puertas, para el hogar y el cenicero, y que á veces soportan las testeras de los hervideros. Este frente debe ser muy ancho para que fos per_nos, entregados con mezcla en la . fábrica y que sirven para fijarles, estén algo apartados del hogar, con lo cual relativamente se calienten poco; de no ser así, sus contínuas dilataciones y contracciones perjudicarian nótablemente el horno. La puerta del hogar es, generalmente , de fundicion, de dos hojas que se aplican una . sobre otra, solapando. Debe ajustar bien para ·que impida el paso dél aire por sus juntas. De este modo se evita el enfriamiento del horno durante los paros, y un aumento de .consumo. Las dimensiones de las puertas de hogar deben ser tan reducidas como se pueda, pero que permitan cargarle fácil y prontamente en toda la extension de la rejilla ; de este moq.o se evita bastante la oaja temperatura que experimenta el hogar por la entrada del aire frio durante las cargas y desobstruccio n de la rejilla. Las dimensiones más comunes, son : 0'25m á 0'3om de altura por 0'4om á o'6om de ancho, segun el ancho de la rejilla, cuyos lados se. corresponden con los de la puerta, por medio de paramentos oblícúos, de suerte que el espacio entre la puerta y la rejpla afecta la forma trapezoidal ocupada por una placa de fundicion de 0'25 á 0'3~ de largo (fig . 20). El eje de rotaci.on del batiente se coloca algun tanto inclinado para que . la puerta tien· da á cerrarse por sí misma. Para evitar la radiaci.on sobre la puerta, se coloca en su interior, á algunos centímetros de distancia, una plancha de fundicion sujetada con remachas, que constituye como una pantalla que la protege é impide que enrojezca, lo cual la conserva, disminuye las pérdidas de calórico y no es tan penosa la permanencia del fogonero frente del hogar. Con el fin de disminuir aún más la transmision, se.l ocupa el espacio entre la placa y la puerta oon ladrillos ó tierra refractaria. El cenicero debe, igualmente, tener su correspondiente puerta que se cierra durante los . paros, cuya precaucion tiene la ventaja de impedir, juntamente con el registro, la circula.don del aire por el interior del hogar, cuan-

HOGARES INTERIORES DE CALDERA DE VAPOR .

Hogar tipo Cornwall. - La forma de un hogar interior_está esencialment e ligada á la del receptor en el cual se encuentra. La caldera tipo Cornwall se compone, camo detalladamen te veremos más adelante, de dos tubos cilíndricos dispuestos paralelamen• te uno á otro, pero no concéntricos. El hogar está colocado en el tubo interior y el agua en el intérvalo entre los dos cilindros (fig. 33). La disposicion de la rejilla y de lós barrotes es idéntica á la de un hogar exterior. Los durmientes ó apoyos descansan en soportes remachados en las paredes del tubo ; el foI_J.do está formado por una plancha de palastro formando ángulo recto, que descansa igualmente en soportes remachados en el tubo; los durmientes y la placa de fon,do pueden quitarse para permitir la entrada de un operario cuando convenga limpiar el interior ó hacer reparaciones. Debajo del fondo, el hueco que existe en forma de segmen~o circular está cerrado con una placa y tierra refractaria, y puede abrirse cuando convenga, para quitar los resíduos que se hayan acumulado allí. En la placa que constituye el- frente de la caldera, están sólidamen~e remachados los marcos de func;licion que sirven de soportes á los goznes de las puertas del hogar y del e.e- • nicero. Las dimensiones mínimas que hemos dado de 0'35"' sobre la rejilla para la carga del combus ti ble y desarrollo de la llama, y de 0'3 5m á lo menos para la altura del cenicero, se aplican igu almente á un hogar interior, de donde resulta que el diámetro del tubo del hogar debe tener 0' 7om á lo menos. iá adelante verem~s -que en los hogares interiores el calórico transmitido, por metro uadrado de metal, es notablemente más conid rable que en las calderas de hogar exterior. Tambien la calidad de la plancha debe · ser muy uperior y de una homogeneida d perfecta, para que no se altere la conducti-

' 54 /

FÍSICA INDUSTRIAL

bilidad. El menor defecto que exista. en las Hogares de las locomotoras (fig . .38 y J9)'. soldaduras puede ocasionar un recaldeo del -En las locomotoras, el hogar está dispqesto metal y su rápida destruccion. ' en una gran caja de forma cúbica, rodeada á Tiene, igualmente, una gran importancia el distancia por otra caja mayor, de igual forma que el agua circule con facilidad y que las y cuyo in_térvalo está lleno de agua; la sepaburbujas de vapor formado puedan salir sin racion de las planchas está mantenida con un obstáculo. gran _n úmero de remachas. Las calderas de este tipo se construyen, á La rejilla, de forma rectangular, está coloveces con dos hogares dispuestos (fig. 34) en cada en·la parte inferior de la caja, y está fordos tubos paralelos colocados en el interior mada, como las de · hogar exterior, por cierto de un mismo cuerpo cilíndrico; en este caso, número de barrotes yuxtapuestos que apoyan la disposicion de cada hogar es igual que la .en un marco, en sustitucion de los durmientes. de un hogar único, ya descrito. Las dos corEn la plancha del frente de la caja del ho:.. rientes de humo se unen ya al extremo del gar está practicada la puerta, formada -por un cuerpo cilíndrico, ya á la salida del hogar, marco de metal, rémachado á la caja exte..:. ya, á veces, detrás del fondo, en una cámara rior y á la interior.. El techo del lwgar e~ de forma plana, y, de forma elíptica que forma cámara de combustion, · desde · donde pasan á un .grupo tu- com0 soporta presiones que pasan á veces de bular que sigue despues. rno,ooo kilógramos, debe estar consolidado Hogar elíptico.-Para las calderas pequeñas con muchas armaduras. · de agua caliente que funcionan sin presion, , Hogar de locomóvil.-Las figs. 40 y 41 retales como las de los establecimientos deba- presentan un.a disposicion adoptada frecuenños, de lavado de ropa, etc., se da muchas temente para esta clase de motor. El hogar veces al hogar la forma elíptica (fig. 35), que está colocado en una caja an_á loga á la de las permite dar mayor altura al hogar y al ceni-· locomotoras, rodeada igualmente de agua por cero, con un ancho igual de caldera, y, por todos sus- lados. La disposicion gen~ral de la consiguiente, se reduce tanto el espacio ocu- puerta, de la rejilla, del techo, del hogar, etc., pado como el -volúmen de agua, lo cual ofre- es la misma·; solamente que la forma es_en ce muchas ventajas en muchas aplicaciones; · general circular: Frente de la puerta, la placa mas_, si la presion debe ser algo fuerte ya debe tubular está. formada por una plancha plana, _ r~mmciarse á esta forma; para emplearla, en que se une á la envolvente cilíndrica del h.oeste caso, debería recurrirse- á un sistema de gar y en la cual se ensamblan los tubos. armaduras, más ó menos complicado, para El tiraje se produce por medio de una chiconsolidar las paredes. menea -él.e ·plancha; pero , á causa de la poca Hogares de calderas de buques.-Estas cal- altura de ésta, se le debe activar por medio de · •· deras se disponen á poca diferencia como las un chorro de vapor, como :en las · locomotodel sistema Cornwall. Hace algunos años, . ras. cuandó no se pasaba de 3 atmósferas, las pa- · HOGARES DE CALORÍFEROS DE AIRE CALIENTE. redes laterales eran llenas y la bovedilla del -La fig. 4~ representa una de las disposihogar y la del cenicero algo arqueada. ciones más empleadas para hogar de caloríLa fig. 36 representa los tres hogares de fero de aire .caliente. La rejilla, que generaluna--antigua caldera de buque. mente es redonda, descansa en un reborde En las calderas modernas que funcionan á situado en la base de una campana hemisfé5 atmósferas se ha prescindido de las paredes .rica de fundicion, en cuya cúspide lleva un planas para los hogar~s y se adopta la forma tubo para la salida de los gases de la com::,. circular. La fig . 37 representa la disposicion bustion. para una caldera con tres hogares. Las rejillas Situada la campana en el centro de la .cáestán colocadas á alturas distintas para poder mara del calorífero y rodeada de los tubos de col0car los tres tubos en un cuerpo cilíndri- calefaccion, se -halla bastante apartada del · co de menor diámetro, reducir el espesor del· . frente del hogar y, para facilitar la carga de metal y el espacio ocupado. la rejilla, se le forma una parte tubular sa-

HOGARES ORDINARIOS

·,liente que se abre en la obra de fábrica, cerránq.ola con una puertezuela; en la parte inferior hay otro tubo que sirvé para el cenicero: La campana recibe la radiacion intensa del hogar y como sólo se enfría por la circulacion del aire, cuya potencia es menor que la del agua, resulta que la temperatura del metal se eleva mucho más que en las calderas de vapor, tanto es así, que llega al rojo. De esto resultan dos inconvenientes: consiste el primero en que, puesto en contacto el aire con las superficies enrojecidas, se altera, despidiendo mal olor, de modo que si se le destina á la ventilacion de las habitaciones ya no posee las mismas cualidades higiénicas que el aire puro; el segundo inconveniente estriba eu la destruccion rápida de la campana, bajo la accion de esta temperatura tau elevada. Para disminuir esta temperatura, casi siempre· exagerada, se ha tratado de enfriar la campana, practicando conductos verticales en su espesor (fig. 43), absorbiendo el aire por el cenicero y haciéndole salir por el tubo superior, por donde salen los gases de la combustion; · pero co,:no el aire circula mal por estos conductos estrechos, ta~ enérgicamente calentados, no se ha podido obte er el efecto ·propuesto, muy al contrario, la campana resulta más frágil entonces y se d.estruye con más rapidez. Bajo el mismo punto de vista y con el fin de obtener mayor duracion, se cierra la campana (fig. 44) con cierto número de anillos muy gruesos, provistos de nervios exteriores que encajan unos en otros por medio dé ra..: nuras. La division de la campana en partes separadas tenia por objeto procurar una dilatacion más fácil y facilitar tambien las reparaciones necesarias á los anillos deteroriados sin nece~idad de quitar toda la campana. El objeto de los nervios consistia igualmente en aumentar la superficie de enfriamtento y producir una temperatura más baja en el metal; por lo complicado del sistema, esta disposicion apenas se ha aplicado. Una forma de hogar para calorífero de aire caliente, bastante empleada, es la que representa la fig. 45. . La campana tiene la forma ovoide; la puerta del hogar se halla en un extremo y el t~bo

Rl!JILLA

de salida de los gases de la combustion al otro extremo. La forma es más sencilla que las anteriores. La parte interior del hogar está provista de nervosidades redondeadas, poco salientes, que impiden la adherencia de las es arias y aumentan, al propio tiempo, la resistencia. La forma de la rejilla es rectangular, lo cual es mucho más cómodo para la caja y permite que los barrotes sean semejantes. Debajo se encuentra el cenicero con una cubeta de fundicion llena de agua. Con el fin de conservar la campana é impedir que enroje?ca, se la reviste interiormente con ladrillos refractarios. La fig. 46 representa la disposicion adoptada por Grouvelle. La campana tiene la forma casi cilíndrica con cúpula hemisférica y tubo superior de salida de los gases. La parte cilíndrica está ahuecada para recibir la obra refractaria, cuyo revestimiento, por ser poco conductor del calórico,· reduce considerablement e el calórico transmitido á ·la camp na, impide que se eleve demasiado su temperatura y le asegura mayor duracion. Funcionamiento de los hogares

Siendo el objeto esencial de los nogares la produccion del calórico por medio de la combustion, se les debe dirigir de modo que se obtenga una combustion 'tan perfes;ta como sea posible, que es la primera condicion para utilizar la potencia calorífica del combustible y reducir, por consiguiente, su consumo. Para mantenér la combustion en un hogar, se le debe alimentar con cierta regularidad, y con la cantidad necesaria de combustible, segun la produccion de calórico que se necesite. El procedimiento que generalmente se emplea, es por cargas intermitentes, cuyos intérvalos, por lo comun, varían entre ro' y 20' para los bogares de calderas de vapor; el fogonero ali}Ilenta el hogar echando el combustible sobre la capa ardiente y le reparte de modo que presente un espesor regular en toda la rejilla. Para manejar el registro, se gradúa la entrada del afre, y por lo tanto, la cantidad de combustible que se quema en un tiempo dado; para relacionarla con las necesidades . Entre dos cargas sucesivas, yparticularmen-

,,,

FÍSICA INDUSTRIAL

te si se trata de hullas grasas, el fogonero ' debe inspeccionar el hogar, romper los pedazas que se hayan aglomerado y restablecer la igualdad de capa, llenando los huecos que se hayan producido para que no pase en exceso • el aire por ellos. De cuando en cuando, se sacarán las cenizas que se encuentren en el cenicero y las escarias que se acumulen en la rejilla, cuyos resíduos provienen de las substancias incom-· bustibles contenidas en la hulla, y que, despues de la combustion, afectan estados distintos segun su composicion y la temperatura del hogar. Si estas materias no experimentan ninguna . clase de fusion, se convierten en ceriizas pul- · verulentas, que pasan á través de la rejilla; . pero á veces experimentan una especie d_e fusion pastosa y forman masas aglutinadas llamadas caga.fierros, muy voluminosos á veces, y que obstruirían el paso del aire, si no se sacasen á su debido tiemp·o. La operacion de quitar las escorias, es larga y muy fatigosa, y como además, mientras se ejecuta, el aire penetra en abundancia por la portezuela, se enfría el hogar, por cuyo motivo es muy útil emplear hullas que no -contengan mucha escoria. Junta mente oon las cenizas, tam bien pasan á través de la rejilla pedacitos' de carbon inflamado .convertidos en cok, los cuales, separados de las cenizas, se emplean nuevamente como combµstible. El espesor de Is. capa de combustible debe guardar relacion con el tiraje, para obtener una combustion casi completa, sin gran exceso de aire. Este es un punto muy importante á que debe atenderse, por lo mismo debe el fogonero ser inteligente y poner mucho cuidado en ello; así, debe saber apreciar el aspecto del fuego, segun el combustible que emplee, el tiraje de que dispone para dar el · espesor más conveniente. Un espesor exagerado de combustible transforma en las capas superiores el ácido carbónico en óxido _de carbono, ocasionando una pérdida considerable de calórico, que es lo que sucede en las locomotoras, cuando están paradas, por cuanto el espesor de combustion está graduado para cuando recibe el chorro enér- . gico de vapor.

Los gasógenosJ destinados á producir gases· combustibles, no son, en realidad, más. que hogares cargados con un exceso de combustible con relacion al tiraje. Un espesor escaso, tiene el inconveniente contrario, puesto que el exceso de aire que pasa entonces poda rejilla, enfria el hogar y aumenta la cantidad de calórico arrastrado por los gases al vértice de la chimenea. En general, los fogoneros tienden á cargar en exceso los hogares, para no tener que efectuarlo tan á menudo. La experiencia indica que las cargas pequeñas y repetidas son favorables á la economía del combustible, pues es -fácil coacebir que, entre dos cargas sucesivas, las variaciones de espesor serán tanto más sensibles cuanto más tiempo transcurra de una á otra, y por lo tanto no se mantiene uniforme el espesor. Si, por ejemplo, el tiraje está graduado para unacombustiond ehullade 65 kilógramos·por metro cuadrado y por hora, y se carga cada diez minutos, se deberá introducir cada vez en ro '8k por me tro e 1 h ogar, un peso de 65 6 cuadrado de rejilla. Con esta carga, el espesor, aumenta de ro'S 900

del = 0'012m (900 kilógramos en el peso .

metro cúbico de hulla). Siendo el espesor medio del combustible de 0'10m á 0 ' 12m, se que, cargando cada ro minutos, variará aquel

aproximadamente de -

1 -.

Si las cargas se hacen cada 20', se deberán "introducir cada vez, unos 21'6k y entonces el 1 , lo cual constituye una . 5 diferencia muy notable en las condiciones de marcha antes y despues de la carga. Esta diferencia es más acentuada aún si se carga cada 30', como algunas veces se practica, resultando una combustion mal regulada casi siempre. · Sin embargo, se presentan casos en que -es indispensable hacer las cargas á intérvalos muy largos, que es lo que tiene lugar, por ejemplo, en los hogares de los caloríferos de aire caliente, en donde, por lo general, el encargado de ellos se ocupa al propio tiempo en otros servicios preferentes.

espesor variará de -

57 Entonces las cargas se hacen dándoles es- · instante, lltgando á un punto en que por ser pesO'fes · más grandes, cµbriendÓ 1:tl propio _su volúmen considerable pasa sin sufrir al-: tiempo el fuego con cenizas para moderarle. teracion alguna junto con los gases ~e la Desde luego se comprende que las condicio- combustion. Este fenómeno se acentúa hasta nes de combustion son malas y motivan pér- una nueva carga, á partir de la cual se reprodida de c;arbon; pero, en Gámbio, se evitan ducen sucesivamente los mismos fenóIJ1enos los gastos de un fogonero especial, de suerte ya dichos. q)le, en la mayoría de los casos, particularDe esto se deduce la existencia _real de un mente para la calefaocion de las habitaciones·, período müy corto entre dos cargas dentro se s~crifica la bu~na combustion á cambio de del cual se produzca uná , buena combustion. la facilidad en el servicio. La duracion relativa de este período es tanto Las condiciones dentro - de las cuales se mayor cuanto más próximas sean las cargas opera la combustion, entre dos cargas sucesi- y, por lo tanto, se separará tanto más de las vas, varían no tan sólo con el espesor, si que buenas condiciones, cuanto mayor sea este tambien con las modificaciones que experi- intérvalo. menta el carbon bajo la accion del calor. A pesar de esto, como la frecuencia en., las Al echar hulla sobre la que se encuentra cargas exige un trabajo más asiduo por parte en ignicion, el efecto inmediato -que produce del fogonero, y la abertura repetida de las es de enffiamiento del hogar y d~ obstruc- ·portezuelas introduce grandes volúmenes de cion de los pasos del aire á causa de las par- a~re, lo cual es un gran inconveniente, debe . tículas más ó menos pequeñas que se encuen- existir necesariamente un límite, que varía tran en la hulla ordinaria, lo cúal reduce segun el hogar, el tiraje y la naturaleza del momentáneamente el volúmen del aire. combustible, que un fogonero inteligente Bajo la accio_n del calor de la hulla ardien- sabe apreciar al poco tiempo. te, cubierta con la nuev,§l capa, y por la radiaPara demostrar la influencia que ejerce el cion de las paredes, °la hullá se destila y emite paso del aire á través del combustible entre rápidamente gases combustibles, en inayor ó dos cargas sucesivas, coloca, Ser, dos manómenor cantidad; segun su composicion. Cuan- metros muy sensibles de tubo inclinado, uno do lá cantidad de aire · se reduce al mínimo en en el hogar y otro ep. el cenicero de un heeste instante, las cond.icio_n es de combustiorr gar interior d,e una caldera de vapor sistema son indispensablemente mala·s. El aire entra, Cornwall, con lo cual conocía á cada insporlo tanto, en meno_r qi.ntidad,prodúciéhdose tante las variaciones de presionen ambas cauna baja de temperatura, precisamente cuan- ras de la capa de .combustible. Por medio de do, por la abundancia de gases, se necesitaría un anemómetro_. dispuesto en un -gran tubo el máximo · de aire y . una alta temperatura; colocado fre'nte ?,el cenicero, se · obtenía la todo lo cual motiva u_n a produccion más ó me~ velocidad del aire de entrada y, por la relanos abundante de .humo. cion entre las secciones, se deducia la: veloComo las partículas pequeñas de carbon cidád del aire repartid0 en toda la seccioÍ.1 de :µuevo son las primeras que se queman y las la rejilla. más finas están arrastradas por la corriente El siguiente cuadro dá' los resultados; para de aire,· los intérvalos entre los pedazos ma- un intérvalo entre dos cargas de 22 minutos yores se clarean poco á poco facilitando el de duracion. Las presiones y las velocidades paso del aire. La destilacion ·se reduce tam- seháhanotado de minuto -en minuto á.pattir bien al propio tiempo, el volúmen de los ga- del momento de cerrar la portezuela; en·la ses combustibles disminuye, llegando un mo- segunda columna se ·halla la depresion e:xpet mento en que se alcanzan las condiciones de rímentada en ef hogar, en milímetros , d'e una· buena cornbustion. agua; en la tercera se encuentra la depresion Continuando ésta, va· disminuyendo el es- en el ceríÍcero; en la cuarta, la diferencia enpesor, la hulla _se transform; en cok, el des- tre dichas depresiones, es .decir la- pérdida de prendimiento de. los hidrógenos carbonados cargas debida al paso del aire á través de la cesa, "Pasando el aire más fácilmente..J cada rejilla y de la capa dt1.,combustible, y par úlHOGARES ORDINARIOS

REJILLA

T. ll,-8

FisrcA IND.

·,

..,. FÍSICA , INDUSTRIAL

timo, en la quinta · columna se halla la velocidad del aire debajo de la rejilla. El tiraje se graduaba para una combustion <ile 66 kilógramos de hulla por metro cuadrado de rejilla; el espesor de la capa era, de unos 0'12m. La hulla era la corriente del Pas-de Calais, iilgo grasa.

combuslion eQ un liog~r interinr, á razon da unos 50 ~ilogramos de _hulla por meu u cuadrado da rejilla y por hora. ~

CUADRO DE LAS DEPRESIONES Y_ DE LAS VELOCIDAQES

TIEMPO

contado en minutos desde el acto de la carga .

DEPRESIONES (en milímetros de agua}.

j J)íferencia .

Hogar.

Cenicero.

2 '95 2•38 2'-23 1 '82 1'7 1 l •62 l '56 1'38 1'33 l ' 28

6'24 0'28 0'32 0'4 r 0'50 0•58 0'65 0' 70 0'78 0 ' 87 0'90

1• 61 1'3 2 1'13 0 '9 7 0 ' 86 0'60 0 '46 0•38

1'844

0'566

VELOCIDAD del aire debajo de la rejilla.

r o 2 4 6

combustlon en un hogar Interior, á razoJ de unos 66 kilogramos de hulla por met~o cuadrado da rejilla y por hora..

3·

CUA DRO DE L~.S DEPRES IONES Y DE L AS VF.LOCIDADES

TIEMPO

DEPRESIONES

contado en minutos desde el acto de la carga,

(en milímetros de ~gua).

T é rmino medio.

3' 18

2 3 4

del aire debajo de la rejilla.

Diferencia.

Término medio.

0 ' 10

o' r2

0' 18 0' 16 o' 15 0'1 2 0'15 o' r6 0'17 o' 19 .» »

4' 18 3'53 4'66 5'3 1 4 •36 3'83 _ 3'3 1 3'16 » » 2 '7 9 2 '33

o ' r7 0' 14 0'09 0' 14 0'1 7 . 0'1 9 0 ' 24

0 ' 21

0 '2 0

'07 1'14 »

1'31 0'70 0 '53 o•.26 »

0'27 0'27 0'26 0 '35 0'30 0'41 0' 40 0'42 0'40

0' 42

2'76

0'23 26

1 '00

2 '0 .. )

1 '9 2 1 •66 l ') l

La fig 47 representa gráficamente las variaciones de presion en· el hogar y el ~en.icero entre dos cargas. El tiempo en minutos t;stá contado en el eje de las abdsas ; las depresiones, con relacion á la presion atmosférica, están contadas en ordenadas debajo del eje. La línea M A B M, representa las variaciones producidas en el hogar, la línea m a b m, las-producidas en el cenicero. La parte de ordenada_comprendida entre las dos curvas indica, por consiguiente, el exceso de presion del cenicero sobre el hogar, esto es, la resistencia de la rejilla y del carbon. El siguiente cuadro dá los resultados obtenidos

1 '9 2

' 278

» 0 ' 120 0 ' 099 0'098 0 ' 115 » 0'1 45 o' 174 0'230 0'270 0'2 75

o' 15 4

4'7°

» 0' 2 2

» 0'3 1 0' 27 0 ' 45 0• 48 0 ' 44 0 '79 0 '59

2 ' 10

9 10 I 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Cenicero.

Hogar.

4'80 5'00 4 ' 4° 3'§° 4' o 5'4° 4 '5o 4' 00 3 ' 5° 3'3° 3'5° 3'5° 3' 10 2' 60 2'50 2'30 2' ro 2' 10 1'90 l ' 70 1' 60 1' 40 1' 40

VELOCIDAD

(0 12 14 16 18 20t

2'02

2'7 1

El exámen del primer cuadro conduce á los hechos siguientes: 1.º Inmediatamente ·despues de las cargas, la depresion en el hogar ·alcanza 4'8éimm y 5mm de altura de agua, despues; baja luego hasta 3 '70mm para volver á _subir á . 5' 4o_"'m y decrecer progresivamente, con pequeñas oscilaciones, hasta 1'4omm, al ·cabo de 21 minutos. En este instante la rejilla -se encuentra ya muy descubiei:ta. y ·hay necesidad de cargarla nuevamente. La depresion media en el hogar es de 3'18"'m. . 2·. º La dep~·esion eh e l cenicero sigue una marcha inversa. Despues de cargado el hogar, es de 0' 10mm, sube hasta 0'22mm, vuelve á bajar hasta 0'09mm que corresponde al máximo del hogar, y sube · luego progresivamente, con oscilaciones, hasta r '14mm. El término medio es 0'42mm. .3. º La diferencia de presion entre el cenicero y el hogar, es decir, la pérdidá de car~ ga á través de la rejilla y el combustible, es de 4' 70mm despues de la carga, se eleva á 5'31mm· al cabo de 5 minutos, para vólver á bajar luego á 0' 26mm al tener que cargarse nuevamente la rejilla. El . término medio es de 2' 76rnm. 4. º. La v elocidad del aire de entrada al pas.a r por el cenicero varía n ecesariamep.te en igual sentido que la diferencia de depresion entre el hogar y el cenicerp. De 0' 12mm, inmediatamente despues de la: carga, sube á 1.

59 0)8, para volverá bajar á o' .i2 y subir luego debe robar parte de calórico; mas no es así, progresivamente hasta 0'40 y 0 ' 42. El término por cuanto modera la rápidez de la destilacion que se produce en los primeros instantes que medio es 0'2326m"'. Con un combustible más seco y, en parti- siguep. á la carga, y por consiguiente, contricular, con el cok, las resisten~ias hubieran buye á producir una combustion complet!l. Otro st'stema de carga.-En vez de reparsido probablemente menores y mayores las tir uniformemente el carbon sobre la rejilla, variaciones. se hace correr todÓ el cÓmbustible hácia la por kilógramos 50 Para una combustion de metro cuadrado de rejilla, los fenómenos ge- mitad posterior de la rejilla, y en la mitad annerales son los mismos, pero las depresiones terior se coloca el carbon nuevo, con lo cual, en el hogar son aproximadament e sólo la mi- la destilacion que ·se produce en el primer tad, es decir, á poca diferencia como el cua- momento no es tan rápida, tanto por no estar calentada por d~bajo la hulla, como por redrado del peso del combustible consumid<?· Si el manómetro se coloca cerca del hogar ducir la superficje de salida de los gases. Además, como el combustible de la parte y del cenicero y comunica por medio de un tubo de 0'005 de diámetro, la columna líqui- posterior se encuentra al estado de cok, deja da sufre oscilaciones continuas que indican pasar más fácilmente _el aire para quemar repetidas variaciones bruscas de presion, que los gases combustibles que salen del carbon nuevo. es el estado ordinario de los hogares. Este sistema tiene el inconveniente de dejar Durante la carga del hogar, la portezuela mucho tiempo la rejilla completamendurante modo de abierta, forzosamente permanece moti_v ando la entrada de un descubierta, te _ que se introducen directamente, pasando por encima del combustible, grandes masas de volúmen de aire excesivo. Zumbi'do de los hogares.-Debido á las conaire que enfrían la caldera y el hogar y pueespeciales con que entra el aire en dic~ones degraves, den producir á veces accidentes bido á las contracciones bruscas ó. rupturas los hogares, se produce á veces en ellos una que resultan. Si el fogonero es inteligente, especie de zumbido muy enérgico, que hace bajará el registro en el acto de cargar, pero vibrar violentamente las calderas, los bogagraduado de modo que se produzca el tiraje res, y se transmite tambien por el suelo y por estrictamente necesario para que no entre un los muros á grandes distancias. Este fenómeno se atribuye á una série de explosiones de exceso de aire. carbonados sobre el combustible, hidrógenos Se han ideado tambien ciertas disposiciones que 2ermiten automáticamente bajar el te- pero lo más probable .es que lo motive la exgistro en el acto de cargar, tales como, colocar cesiva velocidad de los gases, que produce frente de la puerta un contrapeso unido á ella ondas sonoras, gue cesan al modificarse la que se equilibra con el registro, de modo que velocidad de la corriente de aire por medio del registro ó la puerta del cenicero. éste baja ó sube al abrir ó cerrarla p:uerta. Compost'clon de los gases producidos por la frencolocar en consiste Otra combinacion te del horno una placa móvil que, al situarse · combustt'on.-El análisis de estos gases se ha el fogonero encima de ella para cargar• el ho- hecho por un' gran número de químicos, regar, baja aquella debido al peso del mismo y sultando mucha falta de concordancia y un transmite su móvimiento al registro, cerrán-. sinnúmero de anomalías, que se explica por dale. Ciertamente que todas estas disposicio- la variedad de los elementos que intervienen nes y otras más que se han ideado son muy en la formacion de los gases. Su composicion ingeniosas, pero por complicar algun tanto el depende de la naturaleza del combustible, de su espesor y del modo como está repartido en servicio, se ha renunciaqo á ellas. Remojado delas hullas.-Por lo general tola rejilla. Para obtener una composicion media Scheudos los fogoneros mojan la hulla antes de Kestner efectúa la absorcion, durante el rer parece cargarla en el hogar. A primera vista que esta costumbre debe ocasionar una pér- · intérvalo entre dos cargas, por medio de un dida, por cuanto la vaporizacion de esta agua . aparato especial qu~ les aspira muy lenta• HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

60 FÍSICA INDUSTRIAL mente; de suerte que,.' lo absorbe en todos los ' Tanto estos a·n álisis GOmo los ejecutados ' períodos de la' combustion. por Marislly, Foucon y Amigues, establecen Sus experimentos tenian por objeto deter- que la cantidad de gases combustibles de los ·minar la influencia de la cantidad de air~ em::. gases que salen de un hogar, disminuye, en · pleádo en la combustion. general, á ~edida que el volúmen de aire El vo1úmen de ·aire, por kilógramo de hu- aumenta. Bajo el punto de vista de la comlla q=uemada, le hacia variar desde 8'389m3 bustion completa, desde luego será muy venhasta 16' 182m3; como el aire estricta:mente ne.: tajoso suministrar un gran exceso de aire á cesario era 7'84om3, la relacion, ·en el primer lo combustion, pero como, por otra parte, easo, era de 1'07 y de 2·•19 en el segundo, es cuanto más considerable es este exceso rnadecir, que escapaba más de la mitad del oxí- yor es el volúmen de gases calientes, y, por geno á la combustion. consiguiente, mayor la cantidad de calórico El siguiente cuadr@ da ·á cqnocer los resul- arrastrado y perdido al salir de la chimenea, tados de los análisis con relacion á la canti- -se concibe muy bien que entre estas dos caud~d de aire empleado. sas, que obran en sentido contrario, debe existir forzosamente un término medio que dé los . mejores resultados, bajo el punto de Composicion ' do los gases dB la combustiJn, an volúmonss, segun la cantidad de aire omplsado vista de la utilizacion. La práctica indica que, para el mejor rendiCantidad de aire miento del combustible, es conveniente que 2,1, 1,26 1,15 1,07 1,35 1,75 emple_ado, el exceso de aire no pase de 50 por ioo, lo -- - - - - - - -- - Acido carbónico . 14,87 14,63 3,34 3,43 12,SJ4 10, 87 7,73 cual corresponde á un peso de 18 kilógramos Oxígeno .. • 2,80 3,77 4 ,4 5,53 8,99 11 , 42 de aire por kilógramo de hulla, y que se aproo,,p o,86 Ox ído de carbono. 0,84 0,24 0,56 0,9 1 - 1.41 0,96 .0,19 Hidrógeno .. . ,35 xime á 25 por roo, ósea 15 kilógramos de aire Vapor de carbono. 0,28 0,32 1,15 0,19 ,o,49 0,46 Azoe. 80,66 81,52 80,23 80,34 79,76 80,44 por lúlógramo de hulla. .. 80,38 ' Los análisis de l0s gases de la com bustion De este cuadro deduce Scheurer Kestner revelan siempre la presencia simultánea-del oxígeno libre. y de gases combustibles que no las conclusiones siguientes: El óxido de carbono existe siempre e.n los se han combinado, -10 cual deinuestnffalta de gases de la combus_tion, pero disminuye á contacto ó, por lo menos, que no se han promedida que la cantidad de a-ire aumenta. Lo ducido en condiciones convenientes de temmismo sucede con los hidro-carburos, pero peratura para que la combinacion pueda efectuarse. Como ya se ha dicho, no ba~ta sumien éstos la disminucion es más acentuada. La cantidad de hidrógeno varía irregular- nistrar al combustible el volúme·n de aire mente, manteniéndose, ·en general, entre 0'50 necesario para su combustion, se requiere, y 1'50 por 100 del volúmen de los gases de lá además, que se produzca la mezcla de los combustion, correspondiendo, por lo tanto, gases comburentes y los combustibles, emá 20 por rno aproximadamente de .la ca,ntidad pieando para ello disposiciones tales, que á la '!;alida del hogar 'y á conveniente temperade hidrógeno que existe en la hulla. Los gases de la,, combustion, tomados en tura, produzcan remolinos ; si éstos se verificonjunto, disminuyen á medida que la canti- can á gran distancia del hogar, ya se han endad de aire aumenta. Con relacion á las pér- .friado demasiado los gases para que la corrididas de ·calórico resulta·ntes de la combus- binacion· se efectúe '. Los hogares de llama recta y de corrientes tton · incompleta, se encuentran las cifras regu.J.ares_y paralelas son los peores por marsigui en tes: · Pai-a 8 á 9 ª de aire por kilógramo d.e hu- char las venas gaseQsas paralelamente un~s _á otras, y, por lo tanto, no se mezclan. lla, 6 á 18 por 100 del carbono de la hulla. Por el mismo motivo, debe evitarse el conPara 10 á 12 de aire por kilógramo de hulla, tacto de los gases de la combustion, al salir 4 á 7 por rno. Para 12 y más aun de aire por kilógramo del hogar, con grandes superficies frias; así, se les debe conservar una temperatura elevada de hulla, 0'9 á 4 por 10~. 1,21

I1 I

111

. . ,

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

hasta la combustion completa. El enfriamien- -bustion dista mucho de. ser completa, por to motiva siempre la extincion de la llama. de_sprenderse siempre cierta cantidad de gaScheurer Kestner comprueba la influencia ses combustibles, á pesar del exceso de aire d~i enfriamiento en la produccion del humo, que se introduce en el hogar. Por lo general, con el e~perimento siguiente: Al introducir despues de cada carga es cuando es peor la un tubo metálico en la corriente· gaseosa por combustion de los gases, pues, como ya se ha medía de una abertura practicada en el muro dicho, se desprende gran cantidad de gases á poca distancia del fondo, si el tubo se conde ,la hulla y como el volúmen de aire que serva fria, debido á una corriente interior de entra es insuficiente, se produce más ó meagua fria, se deposita en su superficie una nos humo segun la naturaleza de las ~hullas, gran cantidad de hollin persistente que va muy incómodo, que_penetra por todas paraumentando hasta, destruir la accioIYdel agua tes en torma de copos negros adherentes. fria en la superficie. Si se suprime la corrienPara evitar los efectos destructivos que ejer. te de agua y se inclina el tubo para vaciarle ce el humo procedente de los hogares en las wmpleta~ente, el hollin de que estaba cu- habitaciones en donde penetra, se han ideado bierto va cayendo poco á poco, y una vez ha varios aparatos, pero como los resultados no alcanzado el tubo la temperatura del medio han sido, ·en general, satisfactorios, nos limien donde se encuentra, ya no se forma depó- taremos á reseñar los princip~les. ~l humo procedente de los gases de la comsito alguno; basta hacer pasar agua fria, para que se cubra nuevamente con una capa de · bustion está producido por moléculas de car- • h011in. bon en suspension, que no son ciertamenEn c:iertos aparatos, al salir los gases del ho- te partículas desagregadas de carbon sólido gar, penetran inmediatamente en un gran nú- arrastrado por la corriente, sino partículas mero de tubos de pequeño diámetro, los cua- que se forman en el hogar por la combustion les ofrecen una gran superficie de enfriamien- incompleta de los hidro-carburos debidos á la to que hace _bajar la temperatura á un grado destilacion de la hulla. El carbonq puro, el tal que hace, cesar la combustion y apaga la carbon de madera, el cok no producen h11mo _llama. Esta mala disposicion se encuentra, sin porque no producen hidro-carburos y si los embargo, en un gran número de calderas de hay son en cantidad insignif1cante. vapor tubulares. Siempre que sea posiblé, lo Al someter un hidro-carburo libre á la acmejor es dejar entre el hogar y la entrada de cion del calor,-se descompone en hidrógeno, los tubos un espacio suficientemente gr~nde carbono y tambien en otros 1lidro-carburos. ·que sirva de cámara de combustion, para que Una parte tan sólo del carbono es la que s~ los gases penetren en los tubos después de su quema y el resto, que se·precipita en estado dé hollin, sale arrastrado por los gases; este carbocom bustion completa. El que un enfriamento demasiado rápido nó en sus.pension es el que produce el humo , • sea perjudicial, no quiere decir que un hogar En el acto de cargar un hogar con hulla rodeadq por todas partes con obra de fábrica grasá, se observa, en la boca de la chimenea para que mantenga bien la temperatura se enla salida de humo negro durante cierto tiemcuentre las meiores condiciones, puesto po, cuya intensidad se va debilitando hasta que, en el acto de cargªr, es tan rápida 1~ que desaparece enteramente, produciéndose destilacion que se produce, debida á la radialos .mismos eféctos al cargar nuevamente el cion de las paredes excesivamente caldeadas, hogar. Así, el intérvalo entre dos c"argas suque el volúmen de aire es insuficiente para cesivas puede dividirse en tres períodos: quemar la masa de gases que se desprenden . Período de humo negro. bruscamente, y por lo_tanto, la combustion Período de humo ligeramente oscuro. no es perfecta. Período de humo nulo. La intensidad del color y la duracion de Hogares diversos cada período dependen de la naturaleza de la hulla empleada y de las circunstancias de la HOGARES FUMÍVOROS .-Preliminares-.-En los hogares que acabamos de estudiar, la com- , combustion.

FÍSICA INDUSTRIAL

Con una hulla grasa y con poco tiraje, e( humo negro puede durar un tércio del tiempo y más aún, mientras que apenas se le nota cuando se emplea una hulla seca y un tira je activo. La composicion de los productos gaseosos que salen de una chimenea varía segun el período de la combustion, indicada por el tolar del humo. De los análisis hechos por Debette, se deduce lo siguiente: Composicion, en volúmenes, segun el período de la carga. ~umo negro.

, Humo ligero.

Sin humo.

co· o. co.

11'00

8'00

10'86

12'90

11'48

7'20 I '55

0' 58 79'67

0'18 o'93 77'99

o'oo 0'33 77'33

A i.

A pesar de que estos resultados presentan alguna anomalía, demuestran, sin embargo, qué la cantidad de gas combustible disminuye á medida que sigue la combustion. Haciendo el cálculo de la cantidad de calórico perdido por la mala combustion, Burnat halla para la pérdida de calórico: -Humo ligero.

Humo negro.

Sin humo.

10'08°/. Supongamos_, que en un intérval0 de 20' entre dos cargas, haya 3' de humo negro, 7' de humo ligero y 10' sin humo. La pérdida experimentada por los gases combustibles sería: _1__10'08+-L7'61+~ 1'64= r' 5-r2+2'663 2()

+ 0'820 = 5 por 100. En muchos casos esta pérdida es mucho más considerable y se eleva á ro por 100 y más aún. En la composicion de los gases antes· indicada, la cantidad de oxígeno es de 7 á 13 por 100, de lo cual se deduce que la combustion se efectúa con un volúmeri de aire 1'5 á 2'6 más considerable que el estrictamente necesario. Con menos aire, la cantidad de gases combustibles hubiera sido mayor. Cantidad de hollin.-Al observar las grandes cantidades de humó negro y opaco que

sale de ciertas chimeneas, dá lugar á suponer que existe una gran cantidad de· car bon perdido, y sin embargo, ·se ha reconocido que.la cantidad de carbon contenido en el· humo ocasiona, en realidad, una pérdida insignificante. Para calcular la cantidad de hollín, Scheurer. Kest(\er experimenta los gases de un hogar de caldera de vapor al entrar en la chimenea, para lo cual los hace pasar por un tubo análogo á los que se emplean para las combustiones orgánicas, colocando en una ext~nsion de 20 centímetros, una capa de amianto retenida en la parte central del tubo con dos espirales de alambre de cobre. En vez de pesarle directamente, Scheurer hace pasar una corriente de oxígeno por el tubo calentado al rojo y el ácido carbónico desecado lo recoge en otro tubo, con potasa, bien tarado. El hollin queda retenido en el amianto en una extension de algunos centímetros solamente. De los dos experimentos practicados, en el primero, el fuego y el tiraje se mantenían bien activos, ·durando una hora la aspiracion, y se encontró en hollin, o' 485 por 100 del carbono de la hulla quemada. En el segundo experimento, se mantenía un fuegG muerto y el tiraje muy débil, para que se produjese una combustion muy imperfecta, y diese, por lo tanto, el máximo de humo. La duracion fué tambien de una hora. Se aspiraron 57 litros de gas que contenian 0'055 gramos de carbon,.o, ó sea: 8,200 litr.os; . t es a·, 1 k'l d h 11 8200Xo'o55 1 o e u a----....:...correspon d1en 57 ' = 8 gramos, ó 1'2, por 100 aproximadamente del carbono de la hulla que contenía 0'70 de carbono por kilo. · La pérdida ocasionada por el hollin apenas pasa, por lo general, de I por 100. Haciendo pasar Graham el humo por un aparato de lavado, halla que el peso de hollin 1 no alcanza - - del peso del combustible. 100

Por lo que antecede se vé que todos los experimentos concuerdan y permiten establecer que la cantidad de carbono arrastrado por el humo es siempre·muy escaso; luego, no es ya la combustion del carb::mo en suspension contenido en el humo que pueda ocasionar una economía sensible, si.no la combustion ,

HOGARES ORDINAR10S DE REJILLA más compacta de otros elementos com bus- modo, que los barrotes pares se levantan junt~bles invisibles que acompañan siempre al tos por un extremo, mientras que los impares humo. bajan por el otro, y recíprocamente. Con este HOGARES DIVERsos.-En todo cuanto se aca- movimiento de oscilacion, los barrotes forba de expresar, se JÍan hecho notar las imper- man tijeras que rompen las escorias y hacen fecciones de que adolece el hogar ordinario caer las cenizas, restableciendo con ello el de-rejilla, bajo el punt~ de vista de la utiliza- paso regular del aire sin que se tenga que cion del combustible y de las dificultades abrir ·1a puerta. El movimiento de la palanca atendibles del servicio; de .suerte que, para no requiere ningun esfuerzo, puesto que el que el servicio sea más fácil, la combustion peso de los barrotes pares obra en sentido más completa y muy particularmente, para inverso del de los barrotes impares. suprimir el humo, ~e han ideado formas de HOGARES LLAMADOS FUMÍVORos.-Estos hohogares muy diversas; mas, entre todos estos gares se dividen en siete clases: aparatos, son muy pocos los que hayan dado 1. ª . Hogares en los cuales el aire entra por buenos resultados en la práctica,"y sólo se ci- encima de la rejilla. tarán algunos para que se cemozcan sus dis2. ª Hogares de alimentacion contínua. posiciones, que no dejan de ser muy inge3. ª Hogares de carga invertida. niosas é interesantes. 4." Hogares de carga alternada. Con el fin de evitar las dificultades é in5. ª Hogares de aspiracion de vapor. eonvenientes que presenta el limpiado de la 6." Hogares de inversion ó contraccion de · rejilla pira quitar las escorias y cagafier- la llama. ros, se han ideado barrotes de superficie ar7." _Hogares mixtós, en los cuales se comqueada (figs. 48 y 49), provistos ·de abertu- binan varias de las disposiciones a-nteriores. ras longitudinales, con lo cual ei aire entra á r. ª ·HOGARES CON INTRODUCCION DE AIRE alturas distintas en la capa de combustible; de POR ENCIMA 'DE LA RbJILLA. - La produccion este modo se creía disminuir la adherencia de abundante de humo que se. verifica inmedialas escorias y producir una combustion más tamente despues de cada carga, obedece, como completa; mas los resultados obtenidos han ya se ha dicho, á la falta de aire por la obs·sido casi nulos . truccion momentánea de los pases á través . Rejt'l!a de barrotes giratorios.-Schmitz, del combustible, por lo tanto, la idea de haforma la rejilla (fig. 50) con barrotes que afec- cer pasar el aire directamente y sin ningun tan la forma... de cilindros huecos, provistos de obstáculo por encima del combustible, para aberturas rectangulares, por las cuales pene- obtener la fumivoridad, parece ser muy natra el aire. Estos cilindros van á parar á la tural y lógica, y ha dado lugar á un sin fin de _parte. anterior del hogar, en donde terminan disposiciones. Combes, entre otros inventocon una tuerca y platina que les cierra, y sir- res, ha demostrado con experimentos directos ve para hacerles girar con una llave cuando que 1~ introduccion del aire en la corriente convenga. Con este movimiento los cagafter- gaseosa que sale de un hogar, produce una ros que se hayan formado se rompen y caen fumivoridad casi completa. al cenicero, juntamente con Jas cenizas, y así Practicó este físico los experimentos en un se limpia la rejilla sin necesidad de abrir la hogar de caldera de vapor con dos hervideportezuela. ros de 15m cuadrados de superficie de caldeo. Rejilla Wackernie.-Esta es una reiilla re- La rejilla tenia 0'65~ • de superficie con •;~ de ticulada (fig. 5 r) coinpuesta de una série de espacio libre entre barrotes; la chimenea tebarrotes, uuo de cuyos extremos es fijo y mó- nia 20 metros de altura y 0'4om• de seccion vil el otro, pero combinados de suerte que en la boca. A cada lado del hogar (fig. 52), babia un los barrotes pares están fijós en la parte anterior del hogar y los impares en la parte pos- conducto construido en el espesor de las paredes, paralelamente á la rejilla, abierto terior del mismo. Por medio de uoa· palanca se imprime al por un extremo en la fachada del hogar y por sistema un movimiento, combinado de tal el otro en el conducto del humo á 0'15m deo

- FÍSICA IN_DUSTRIAl

trás del fondo. Por este me~io era fácil introducir directamente en · la corriente gaseosa dos·inyecciones opuestas ·de aire exterior de 0'2om de .alto por 0'065 de ancho. Detrás del ara ó fondo, debajo del conducto de humo y debajo de los hervideros, se construyó una cámara de aire cubierta con placas de fundicion taladradas, que comunicaban con el aire exterior por un tubo de fundicion de o' 16mde diámetro. El tiraje estaba graduado para un consumo de 80 kilos de hulla por hora (123 kilos por metro cuadrado de rejilla), ó sean 40 kilos (6r kilos por metro cuadrado). Las cargas eran de unos 20 .kilos cada r 5 minutos, en el primer caso, y cada 30 minutos en el segundo. Los primeros ensayos .demostraron que la accion del aire introducido pór capas en los ·dos conductos_era tan eficaz para quemar el humo, como el aire introducido por los agujeros de las placas de fun.dicion, de suerte que en los ensayos siguientes se suprimió este segundo sistema. Cuando ,se cerraban los conductos, la chimenea pwducia un humo negro y espeso, inmediatamente despues de cada carga, y al abrirles en el momento de ser muy intenso este humo, si se observaba por ·el agujero practicado en la parte posterior del · hogar, se notaba una llama viva y brillante_, cuyo desarrollo se prolongaba por el interior de la chimenea. En cuanto á la cantidad de agua vaporizada, no se notó apenas diferencia, ya estuviesen cerrados ó abiertos los conductos de entrada de aire. Los procedimientos de introducir el aire para hacerle pasar por encima del combustible f son varios; el más sencillo consiste en dejar la puerta entreabierta, que es lo que hacen muchos fogoneros, despues de cada carga; mas como el aire penetrá entonces exi forma laminar, la mezcla de gases combustibles se hace mal. La reparticion se hace mejor si se practican agujeros en la puerta que puedan cerrarse ó abrirse fácilmente, segun el período de la combustion. Para que el aire alcance toda la longitud del hogar, se coloca en el centro de la reji-

lla (fig. 53), particularmente en los hogares de los buques, un tubo hueco, algo más alto que los barrotes, provisto de orificios que dan paso al aire que se introduce en el hogar; pero, á pesar de que así la repárticion es algo mejor, no 'lo es tampoco en toda la masa, puesto que el aire no llega á las /paredes laterales. Hogar Darcet (fig. · 54).--,-En este hogar el aire pasa por encima del combustible por una rendija estrecha horizontal, practicada en la parte inclinada del fongo, de suerte que el chorro de aire se dirige en sentido contrario á la corriente de los gases combustibles, facilitándo así su mezcla. La cantidad de aire se ' gradúa con un registro. Este aparato es muy senéillo, pero, para que en ciertos ·momentos no haya exceso de aire, es indispensabl_e que el fogonero sepa. manejar el registro y le ,observe· contínuamente, lo cual es materialmente ünposible en la práctica. Cerrado, no presta ninguna utilidad, y abierto, el exceso de aire que .penetra la mayor:parte del tiempo, enfría los gases de la combustion y produce -una pérdida de calor considerable. · ·\ Aparato Wye Wüliams (fig. 55).-En esta disposicion, empleada en Inglaterra, particularmente para las calderas de los buques, detrás del fondo se encuentra una caja metálica á donde llega el air.e exterior y sale por unos orificios muy pequeños, que faciíitan la mez,. cla con -los gases de la com bustion á la salida del hogar. La entrada del aire se puede gra-: duar tarribien con un registro, pero su manejo presenta las mismas dificultades prácticas que en el aparato Darcet. Puerta, si;stema Prideaux (figs. 56 y 57). -Prideaux aplica una disposicion muy ingeniosa para graduar automáticamente la entrada del aire en el hógar, segun el periodo de la combustion. La puerta está construida por uri sistema especial: el marco lleva una série de planchas, en forma de ·persiana, móviles y articuladas, que permitan más ó me. nos paso al aire. El movimiento se prodúce por medio de una doble regla unida por un lado á las .plan~has .Y por el otro á una palanca colocada encima de la puerta, hallándose articuladas á la espiga de un piston , que se mueve en el interior de t'in cilindro que

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

contiene agua ó aceite. Él pisten está combinado de modo que, cuando la palanca sube arrastrando el pisten á que está unida, el agua pasa libremente á la parte inferior de éste, con cuyo movimiento se abren las per.sianas. Los dos lados del pisten se comunican por un pequeño tubo lateral al cilindro,-cuya seccion se gradúa con un tornillo. Para cargar el hogar se levanta la palanca, cogiendo la bola que se halla á su extremo; entonces se abren las persianas y el agua del cilindro pasa debajo del piston. El aire se introduce á través de la persiana, atravesando, antes de entrar en el hogar, unas placas metálicas colocadas oblícuamente á la puerta, en donde se calienta ~1 aire, produciendo remolinos muy favorables á su mezcla con los gases combustibles. A medida que la éombustion adelanta, el peso del piston, junto con el de la palanca, compele el agua, obligándola •á pasar al otro lado, con lo cual va bajando aquél progre~ivamente, comunicando su movimiento á las persianas, que se van cerrando poco á poco. La duracion del cierre se puede graduar, con relacion á la naturaleza del combustible, graduando la seccion de paso del agua por medio de tornillos especiales. A pesar de Jo ingenioso, este aparato no realiza, /en la práctica, un aumento. sensible en el rendimiento. HOGARES DE ALIMENTACION CONTÍNUA. - La intermitencia de las cargas produce necesariamente desprendimientos bruscos de hidrógenos carbonados y un funcionamiento muy desigual en el hogar, que es una de las principales causas de la mala combustion y de 1~ produccion de humo. Para evitar todo esto se han ideado cier~as disposiciones de hogar - que le mantienen siempre en el mismo estado; con lo cual se puede graduar el registro para que admita el volúmen de aire que mejor convenga, pudiéndose efectuar así una combustion regular, siempre en las mismas condiciones. Hogar Player (figura 58).-Este hogar se compone de un em bu.do colocado en la parte superior de la rejilla que se mantiene contínuamente lleno de carbon. El combustible baja por su propio peso y se- reparte sobre la FÍSICA IND.

rejilla, reemplazando al combustible quemado á medida que se va consumiendo, de suerte que el hogar permanece constantemente en las mismas condiciones; pero, á decir verdad, la combustion que s.e produce no es buena, á causa de la .g ran desigualdad de .espesor de la capa de carbon, y por pasar demasiado aire por los lados y muy poco por el centro. Con esta clase de hogares -sólo es posible quemar combustibles secos."Las hullas grasas se aglomeran y . el descenso se verifica muy irregularmente, tanto, que á veces obstruyen su paso. Hogar con tolva ó embudo en el /rente.La fig. 59 representa una disposicion má_s cómoda de hogar de alimentacion contínua con tolva; ésta se coloca en el frente del horno y así la carga es mucho más fácil; el com.,. bustible baja por una rejilla debidamente inclinada, con relacion á la naturaleza del combustible, para que ia capa de combustible tenga uo espesor bastan-te igual. Las con:. dictones de la combustion son mejores que con la disposicion an'terior. Debajo de la tolva hay una abertura que permite empujar el combustible y repartirle siempre que sea necesario. Si la tolva es suficientemente grande, la carga se efectúa á grandes intérvalos·, lo cual es muy ventajoso 'Pªra ciertas aplicaciones. Apa.r ato Payen.-Este aparato, establecido en una caldera con dos hervideros, está representado en la fig. 60; se compone de tres tolvas colocadas encima de los hervideros y debajo de ella se encuentran los cilindros moledores movidos por una transmision y engranajes. El carbon que se echa en las tolvas se reduce á pequeños fragmentos y se distribuye sobre la rejilla. Cada cilindro dá cuatro ó cinco vueltas por minuto y distribuye I 5 kilógramos por hora. El inconveniente de este aparato consiste en necesitar fuerza motriz y complicacion de transmisiones. Además es muy difícil hacerle variar la cantidad de combustible que s_e c;lis-· tribuye, para proporcionarle áfas necesidades. R ejilla Tailfer.-(fig. 61-).-Esta rejilla. se compone de piezas de hierro articuladas, que forman los eslabones de cierto rfúmero de cadenas sin fin arrolladas paralelamente alreT.

II.-9

FÍSICA INDUSTRIAL Para transformar un hogar ordinario en dedor de dos tambores de rotacion lenta; esde carga invertida, basta cambiar la intérhogar pequeño un sí tas cadenas dejan entre valo. El combustible se carga en una tolva direccion de la corriente de los gases, cerrancolocada frente del horno; su esp~sor se grado el paso del ara ó fondo y la puerta del cedúa con un registro movido por una palanca nicero, dejando abierta la del hogar y estay una rueda de gatillo. Al girar los tambores, blecer un paso debajo ·d~l ara. De este modo . va avanzando la rejilla hácia el interior, ar- el aire exterior que penetra por el hogar atrarastrando consigo al combustible; por este viesa el combustible de arriba abajo, alimenmotivo la velocidad de translacion debe gra..: tando la comhustion y, desarrollándo se los duarse exactamente para que la combustion gases en el cenicero, pasan por debajo de, una sea completa al llegar el combustible á su bovedilla, suben al receptor y de allí pasan á término. Los resíduos caen en una caja mó- la chimenea. Claro está que, en estas condivil que se saca por la boca del cenicero. El ciones, la destilacion no es tan rápida como conjunto de la rejilla, montado en un bastidor en la disposicion ordinaria;· pero como los de ruedas, puede sacarse al exterior para las barrotes de la rejilla conservan siempre una temperatura muy elevada por no existir corr~paraiciones. Este aparato es muy engorroso por necesi- riente de aire trio, se destruyen muy rápid¡itar un motor y una transmi:,ion de movi- mente. Con este objeto se han ensayado barrotes miento; además, por la alta temperatura que sufren las árticulaciones , están expuestas á de obra refractaria, pero resultan excesivaalterarse rápidamente y el todo requiere mu- mente frágiles. Tambien se han construido rejillas (figucho entretenimien to, sin contar con que, por 62) cuyos barrotes son tubos huecos, cura quedar poco cargada la rejilla en su parte yos extremos están unidos á otros dos tubos posterior, dá paso á un exceso de aire. transversales de mayor diámetro, llenos toHOGARES DE CARGA .INVERTIDA.-Por el sisdos de agua y comunicando con la caldera. echa se que nueva tema"' ordinario, la hulla sobre la capa de carbon.incand escente, se ca- El agua entra por el tubo transversal del frenlienta rápidamente con su contacto, despren- te, que la distribuye á los demás tubos, padiéndose grandes masas de gases combusti- sando luego al colector de ·detrás y de éste á bles que, ciertamente, no se encuentran en la caldera. Si todo ello está bien dispuesto, se establece una circulacion contínua que condiciones para quemarse. La carga invertida consiste en efectuar la impide el exceso de caldeo de los tubos, -pero combustion de tal modo que, al contrario de en cambio, el gran número de uniones que lo que se verifica en los hogares ordinarios, deben hacerse motivan escapes y una destruclos gases combustibles que salen de la hulla cion muy rápida. Hogares para maderas.-La madera es un reden cargada pasen á través del combustique se presta muy bien á la comcombustible . ble en ignicion ya transformado en cok. Para que esto se verifique, se procede de dos mo- bustion por carga invertida. Se han coqstruidos distintos; ó bien se coloca el combustible do hogares (fig. 63) compuestos de una tolva 1rne.vo debajo del carbon ardiente, ó bien se de forma arqueada, en la cual se colocan las le coloca encima, como en el sistema ordina- maderas ó troncos de igual longitud que van rio, en cuyo último caso se invierte el movi- bajando paulatinamen te por su propio peso á miento de los gases. En ambos casos él com- medida que adelanta la combustion. El aire bustible nuevo, enfriado por el aire que pene - pasa por entre la leña y la llama se desarrolla tra, y no se calienta con los gases que se debajo de la caldera. Esta disposicion se aplidesprenden, ni tampoco por la radiacion de ca muy poco á causa del alto precio de la las paredes y por lo tanto destila más pausa- leña. Hogar Arnott (fig. 64).-Este hogar se ha damente; las variaciones del estado del hogar aplicado en Inglaterra á las chimeneas de han<i:> son tan sensibles, permitiendo más fácilmente la entl"ada del aire y en cantidad sufi- _b itacion. Consta de una caja prismática de fundicion colocada en el hogar de una chimeciente para operar la combustion. 66

67 res condiciones de temperatura para operar su cÓmbustion. El aparato de la .fig. 66, se compone de dos hogares yuxtapuestos , con su c:orrespendiente puerta en cada uno de ellos. A su continuacion, el conducto de hÚmo está cerrado con un registro. Al cargar un hogar, se cierra el registro correspondiente y se abre el otro, para que los gases salgan lateralmente y pasen por encima .del combustible ígneo del segundo hogar. Cuando se tenga que cargar éste, se manejan los registros en sentido inverso, con el fin de cambiar la direccion de los gases. Esta maniobra contínua complica necesariamente el trabajo de los fogoneros, á parte de que, por estar expuestos los regístras á la radiacion del hogar y en contacto directo con los gases inflamados se deterioran con la mayor facilidad. Hogar de rejilla giratoria.-El mismo resultado se obtiene si se emplea una rejilla giratoria montada en un eje vertical (fig.' 67). El conducto de humo está cen;ado qetrás de la rejilla por un muro abierto sólo por un lado. La rejilla se carga siempre por el lado opuesto á esta abertura, pero cada vez que se carga se le dá media vuelta para que los gases del combustible recien cargado pasen por encima del carbon transformado en cok, que se encuentra en ·1a otra mitad de la rejilla. Hogar Grar (fig. 68).-Grar aplica el principio de las cargas alternadas á calderas de gran potencia, calentándolas con dos, tres y seis hogares, dispuestos con toda regularidad y transversalmente debajo del generador: · á cada extremo del conducto de humo general, por donde circulan los gases de la combustion, hay registros que cierran y abren las comunicaciones para que los gases puedan dirigirse en uno ó en otro sentido, segun convenga. Despues de cargado el hogar A, para que los gases pasen por encima del hogar B se abren los registros P y N y se cierran M y Q; entonces la circulacion se verifica en sentido de A, B, C, K, S, y los gases salen por el conducto S para pasar á la chimenea. Cuando, por lo contrario, se carga el hogar B, se abren los registros M y Q, se cierran P y N, y los gases salen en sentido B, A, D, .K, R, pasan por el conducto R, y de éste á la chimenea.

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

nea ordinaria. El fondo de la caja está formado por una placa móvil que puede subirybajar libremente y -conservarse á la altura que convenga, por medio de un gatillo y una barra dentada fija en la placa. Enfrente y encima de la caja hay una rejilla formada por barrotes horizontales. Para encender el combustible se baja la placa móvil. La combustion se verifica tan sólo en la parte ocupada por la rejilla, por la cual penetra el aire; á medidaque se,va consumiendo el carbon, en vez de descargarla por encima como se acostumbra, se va subiendo la placa móvil, y así el carbon del fondo de la caja se pone en contacto con el aire que atraviesa la rejilla. La cantidad de combustible debe estar calculada segun el . tiempo que debe durar la calefaccion. Hogar Dumery.-La figura 65 representa este hogar aplicado á calderas con dos hervideros. En lugar de la rejilla ordinaria hay dos tolvas de fundicion, de forma arqueada, abiertas por un lado en las caras laterales del hogar y por el otro en los hervideros. Estas tolvas tienen practicadas en sus paredes unas rendijas para el paso del 3,ire, y su parte· inferior forma rejilla por medio de 11nos barrotes unidos entre sí, con movimiento giratorio alrededor de un eje articulado colocado en un extremo. La rejilla está ·soste-nida por un gancho fácil de soltar por medio de una cadena; al operar el movimiento de báscula, deja caer en el cenicero todo-el carbon y los cagafierros procedentes del escarbado de la rejilla. En cada tolva se introduce una especie de· piston curvo movido por un engranaje de tor-nillo sin fin, que impele el carbon que se carga á la entrada, debajo del que "se quema en el hogar, con lo cual se mantiene el espesor de la capa. Esta instalacion es muy difícil y el servicio complicado. ' HOGARES DOBLES ó DE CARGA ALTERNADA.Hogares dobles.-Los hogares dobles de car= gas alternadas tienen por objeto hacer pasar los gases combustibles que saten de un hogar recien cargado, por encima de una rejilla cargada antes y cubierta de car bon incandescente y transformado en cok. Como el aire atraviesa fácilmente la capa de cok, existe oxígeno en exceso que se mezcla con los gases combustibles del primer hogar, en las mejo-

. FÍSICA INDUSTRIAL ·68 En las cald~ras de vapor, tipo ·Cornwall, con lo cual facilita la combustion completa. de doble hogar interior (fig. 34), se dispone Para ello, verifica la inyeccion por tubos C!)n á veces, á continuacion, una cámara de com- tres orificios concéntricos, dos de ellos anu- . bustion comun á los g ases de ambos hogares lares. El vapor entra por el del c~ntro y aspi(fig. 69). Si se toma la precaucion de cargar ra por los- otros dos el aire atmosférico, pro.los hogares alternativamente, se compensa en yectándose ambos.sobre el carbon. El aparato de Orvis está dispuesto igualparte la falta de aire e n el hogar recien cargado, con el exceso de aire que pasa á través mente para la inyeccion simultánea de vapor del segundo hogar, completándose asÚa corn- y de:aire. Se compone (fig. 72) de· un globo bustion en dicha cámara. Para que esta dis- esférico, de _fundicion; al cual se inyecta un posicion sea ·verdaderamente eficaz debe acu- chorro de vapor por medio de un caño cónidirse á algun sistema especial que favorezca co, cuya seccion se gradúa con una espiga central de rosca. 'El globo (fig. 73) comunica la mezcla de los gases. Hogares de t'nyec_cion de vapor:-Inyectan- por un lado con la atmósfera, por medio de do vapor, ya por encima, ya por debajo de la un tubo vertical adosado al hogar, y por el rejilla, creen muchos inventores que aumen- otro, por medio de un tubo horizontal, con tan el rendimiento del combustible, por cuan- el hogar, en el cual, aspirado el aire por el to, dicen, descompuesto el vapor, la combus- chorro de vapor se proyecta con él y produce • tion del hidrógeno debe producir un suple- la mezcla de los gases combustibles y comournento de calor; mas no es así, puesto que el rentes . Ordinariamente se colocan dos apacalórico absorbido por la descomposicion del ratos de esta clase, uno á cado lado del hovapór es exactamente igual al que desprende gar, y á veces cuatro, que impelen el aire y el vapor á los cuatro ángulos del hogar, pero · el hidrqgeno ~ibre. en sentido inverso. buedar La inyeccion del vapor sólo podrá Con los aparatos de inyeccion se disminunos resultados si se aumenta _el tiraje, ó bien si se procura mezclar bien los gases combusti- ye tanto el humo, que á veces no se produce bles y comburentes para favorecer la combus- absolutamente; sin .embargo~ no dan economia sensible de combustible. Lo más difícil ~tion. Inyector Tht'erry.-: Las · figuras 70 y 71 de estos aparatos consiste en graduar la canrepresentan esta disposiciori aplicada á un tidad de aire que debe i1ttroducirse al comhog~r exterior de caldera con hervideros. En bustible. HOGARES DE INVERSI0N y C0NTRACCION DE LA el espesor de · las paredes se halla un doble tubo horizontal de hierro, curvado en forma LLAMA.-Con la inversion y contraccion de de U, por el · cual pasa el vapor proveniente la llama se obtiene una mezcla más íntima de de la caldera, para recalentarse; pasa luego los gases comburentes y combustibles. En los éste por otro tubo horizontal colocado detrás hogares ordinarios, el ara produce realmente del m_a rco de la puerta, sobre la rejilla, por el torbellinos que favorecen esta mezcla, pero cual sale en forma de chorros oblícuos que se el análisis indica que el resultado obtenido proyectan en l:ll combustible. Estos chorros no es completo, por encontrarse siempre en sercruian unos con· otros y producen remoli- los gases de la combustion cierta cantidad de nós que favorecen la subida del aire y de los gases combustibles sin quemar y al propio gases combustibles. La salida del vapor se _tiempo un exceso de oxígeno; de donde se deduce que la mezcla no ha sido suficiente ó gradúa por medio de llaves. El recaldeo del vapor tiene por objeto im- no _se ha resuelto á su debido tiempo. Con t)l objeto de acentuar más aún los rep_edir el enfriamiento que pueda .producirse por su expansion en el hogar. Este tubo de molinos, se coloca, ya delante, ya detrás del recaldéo se suprime á vec.es y se hace llegar ara, una bóveda:que hace invertir la llama, redirectamente el vapor de la caldera al tubo preseñtada en la fig. 74, que, si bien dificulta algun tanto la radiacion, es de efecto generalq.istribuidor.. · Tqrk modifica esta disposicion haciendo mente favorable. A causa del calor interno á_ entrar el aire y el vapor al-mismo tiempo, que está expuesta esta bóveda¡ se destruye

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA 69 muy rápidamente y necesita frecuentes re- compone de una série _de planchas horizontales, de fundicion, dispuestas como los peldaconstrucciones. tambien ños de una escalera, sobre las cuales se reCon el mismo objeto se construye sobre el ara un muro de ladrillos, colocados . parte elcombustible. La carga se hace por en seéo, que dejan intérvalos entre sí por los la portezuela, empujándose la hulla, que., va cuales pasan los gases. La contraccion de· la bajando sucesivamente. De este modo se obvena flúida que se produce á la entrada de tiene una especie de carga contínua, combicada una de estas aberturas y el agrandamien- nada con una entrada más fácil de aire po_r to brusco producido á la salida, determinan debajo de cada plancha. · Para quitar las escorias, imposible de efecremolinos muy favorables á la mezcla. Hogar. Fontenay.-En el ara de este hogar tuar por la portezuela, l?l e~tremo de la rejilla (fig. 75) hay un muro atravesado por tubos está formado por tres ó cuatro barrotes transde tierra cocida; y, un poco más léjos, otro versales, unidos entre sí, susceptibles de basmuro semejante al primero, pero con tubos cular alrededor de un eje por medio de una de diámetros diferentes. La corriente de los palanca colocada frente del horno. De este gases de la combustion está obligada á cam-- modo toda la .masa que ocupa esta parte cae biar de forma para pasar sucesivamente por al cenicero, permitiendo así separar las escolos tubos, recibiendo por lo tanto, contraccio- rias. La ·rejilla de escalones se ha aplicado á las • . nes y dilataciones que facilitan la mezcla. • HOGARES MIXTOs.-Con esta denominacion locomotoras, con el fin de poder substituir se conocen varias formas de hogares para fa- la hulla con el cok, habiendo dado buenos vorecer la combustion de la hulla, resultan- resultados. Hogar Lefroy.-En el hogar de Lefroy se tes de la combinacion de dos ó más de las la carga de combustible de un modo practica citadas. disposiciones ya Hogar Thomas.-En la disposicion Tho- especial, que se ha imitado despues en varios m3:s, (fig. 76) el muro colocado detrás del ara, aparatos, particularmente en los g.asógenos._ El hogar está colocado en una pequeña en el cual descansa la caldera, motiva la inversion de los gases, que, al pasar por debajo _c onstruccion de albañilería, frente al horno; de la boveqilla, encuentran la corrjente d~ aire se le carga de combustible por medio de una exterior que penetra directamente por _aber- tolva cilíndrica colocada directamente sobre la turas practicadas en el muro- del fondo del ce~ rejilla y cuyas bocas pued~n cerrarse librenicero. De esta suerte, se combina el efecto mente. Para cargar, se cierra primeramente de inversion que produce la mezcla con la enla boca inferior, se llena la tolva, se cierra la trada directa del aire en la llama; la dificultad boca superior y se abre la de abajo, con. -10 que ofrece este sistema es poder graduar con- cual el combustible cae sobre la rejilla: este es un medio muy sencillo para efectuar la carga venientemente el volúmen de aire. Hogar Palar_ot. - En el aparato Pala-zot, sin que pueda introducirse el aire exterior. Hogar Tenbruick.-Este h_o gar se aplica (fig. 77) hay igualmente una bóveda y una introduccion directa de ake, mas todo está muy especialmente á las calderas de fas locodispuesto de distinto modo. La bóveda se motoras. En la caja de fuego (figs. 79 y 80), se dispohalla colocada encima del. ara; la entrada del otra caja plana inclinada, llena de agua, ne aire se hace por aberturas practicadas en la placa que separa la puerta de la rejilla, y se cuyos extremos superior é inferior comunigradúa con un pequeño registro giratorio. can con la caldera y forman un tabique, que, Esta disposicion es muy sencilla; pero tiene - hace pasar los gases de la combustion hácia los mismos inconvenientes que la anterior., el frente, por encima de la caja, y atravesar esto es, que la bóveda se destruye rápida- la cámara de combustion, formada entre la mente y es muy difícil graduar la cantidad cara posterior de la caja y la placa tubular, antes de penetrar en ros tubos. de air.e.' La rejilla está muy inclinada y la carga se Rejilla de escalones.-Esta rejilla, inventada por Chobrins~y y Marsilly (fig. 78), se efectúa por una tolva, sobre la cual se halla

;

FÍSICA INDUSTRIAL

una abertura con válvula que permite la entrada del aire .exterior. Las escorias bajan hácia una rejilla formada pQr barrotes unidos entre sí, que basculan por medio de..,u na palanca colocada al alcance del fogonero. Tanto la inversion de la llama como la cámara de com bustion y la entrada del aire, son muy apropósito para resolver una buena combustion, y la práctica indica que los resultados son muy satisfactorios. Tenbruick instala en calderas fijas hogares basados en el mismo principio. Se componen (fig. 81) de un cilindro colocado debajo y en sentido del ancho de la caldera, atravesado por otro cilindro inclinado, en el cual se en cuentra la rejilla del hogar. El combustible baja casi naturalmente por la rejilla, y por la parte posterior caen las escorias al cenicero, de donde se las saca con la mayor facilidad. Los gases de la com bustion vuelven hácia el frente, siguiendo por encima del · cilindro del hogar, de donde pasan rozando por debajo de la caldera. Debe · tenerse mucho cuidado en que el chorro de vapor salga por el vértice del cilindro transversal: un acantonamiento de vapor en este punto quemaría y destruiría rápidamente la plancha, excesivamente caldeada. Hogar Molt'nos y Pronnler.-Se compone (fig. 82) de una gran caja cúbica, rodeada de agua como la caja de fuego de una locomotora, con la sola diferencia de que detrás dél hogar se encuentra un muro de ladrillos, formando el ara, por encima :del cual pasan los gases, que, penetran en una cámara de combustion, colocada detrás, antes de penetrar en los tub.os de la caldera. Él aire que alimenta el hogar está inyectado por un ventilador á un conducto dividido en tres brazos, uno de los cuales va á parar al cenicero y penetra á través de la rejilla y del combustible; los otros dos son simétricos, y cada uno va á una caja lateral aplicada á las paredes exteriores de la caja de fuego, que, comunica con el interior del hogar por una triple fila de tubos ·que atraviesan las dobles paredes de la ca,ldera. De este modo se lanza el aire por encima del combustible, á cada lado del hogar, por un gran núme-. ro de chorros que rompen la corriente as-

cendente de los gases que salen . de la cap~ ígnea, resultando de ello una mezcla intima de los gases combustibles y comburentes. L~ cantidad de aire que pasa por cada uno de los conductos se puede grad~ar por medio de válvulas. Por efecto de la im pulsion del aire en el hogar, la presion es all± superior á la presion atmosférica, y los gases inflamados tienden á salir por los intersticios de la puerta; por cuyo motivo, ésta se hace hueca (figs. 83 y 84) y comunicante, por medio de un tubo, con el aire .comprimido por el ventilador, el cual sale por una hendidura practicada alrededor del marco, impelido al interior del hogar, de-teniendo los gases inflamado~ que tiendan á salir. Para·cargar el ho.gar se para el ventilador, ó, mejor aún, se cierra la válvula del conducto de repulsion. Hogares de combustibles espeoiales.-Gasógenos.

Los varios hogares que hasta aquí se han estudiado están todos ellos dispuestos para • la ·combustion de la hulla, del cok, la madera, etc., de suerte que no seria posible aplicarlos á ciertos combustibles que, por su forma, hacen imposible su combustion en rejillas ordinarias. Tales son los combus.tibles pulverulentos, los c~mbustiples líquidos, los gaseosos, etc. Estos combustibles son, en general, resíduos de fabricacion de ciertas industrias, como · la casca de teneria, . el serrin de madera, las virutas, los aceites pesados, los alquitranes, los gases ·de los altos hornos y otros, que exigen hogares especiales para quemarlos convenientemente. En.ciertos casos es ventajoso emplear los llamados gasógenos para transformar los combustibles sólidos naturales en gases combustibl~s que ·se queman l_u ego en _bogares especiales. HOGARES PARA COMBUSTIBLES

PEQUEÑOS.-

Los combustibles en polvo ó en pequeños fragmentos queman muy mal en --rejillas 9rdinarias, por formar una capa compacta muy difícil de atravesar por el aire y por caer fácilmente al cenicero pasando por los íntersticios de los barrotes. Se obtienen buenos resultados con ellos empleándolos simultá-

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

neamente con la hulla de mala calidad, que produzca mucha e.s coria, cuyos resto~ f9rman sobre la rejilla una capa capáz de sostener el combustible pequeño; pero, en general, es preferible emplear hogares especiales. Para la combustion de la casca de tenéria en hogares de calderas de vapor, se emplea un hogar (fig. 85) compuesto de dos tolvas colocadas _á los lados, abiertas por arriba para la carga y; provistas de rejillas en la parte inferior. La casca que se echa debe ~star desprov:ista de la mayor parte de aguas que contiene, para· lo cual se la comprime entre dos cilindros: se la echa sobre las rejillas, llenando al propio tiempo las tolvas, y va resbalando paulatinamente á medida que avanza la éombustion. La fig. 86, represe~ta el hogar dispuesto por Krafft para quemar el serrin de madera y los resíduos de los talleres de carpinteria, aplicado á una caldera de vapor con dos he_rvideros. Se compone de una tolva M de obra de fábrica, en forma de tronco de cono, colocada lateralmente al horno de la caldera; en ella se coloca el serrín y virutas que deben quemarse en la rejilla G. Los gases de la combustion salen por un conducto lateral P Q que los conduce debajo de los hervideros. El aire penetra por debajo de la rejilla de la tolva y por un conducto especial A, el cual lo distribuye un poco más arriba del talud PO del combustible. Este aparato da muy buenos resultados. Para aumentar las superficies de c0ntacto del aire por encima del combustible, Müller divide la tolva, un poco más arriba de la rejilla, por medio de bóvedas de ladrillos ó de piezas refractarias de seccion triangular (figura 87), las cuales dividen el combustible que sale por los intérvalos, formándose un doble talud de caída debajo· de cada bóveda: de este modo quedan cierto número de huecos triangulares, por los cuales entra fácilmente el aire repartido en una gran superficie para producir una combustion activa. Este hogar se emplea mucho en las fábricas de aserrar · maderas y en las tenerias. Modificó Serriere el hogar de Müller, para quemar los restos de maderas empleadas en las tintorerias, sustituyendo las piezas triangulares por_cajas de planchas taladradas, que

comunican con el conducto de la chimenea. Cerca del hogar se colocan las maderas, las . cuales, calentándose, producen vapor de agua, absorbido por la chimenea, que pasa antes por los agujeros de las cajas. Con esta disposicion, cuando el ~ombustible llega al hogar ha sufrido ya cierta desecacion que favorece los resultados. El hogar de. <;:;odillot (fig. 88) se compone de una rejilla en semicono, que descansa .en otra ·rejilla horizontal, de hierro, en forma de herradura. El combustible se carga en unatolva colocada en la parte superior del frente del horno; cae por entre las espirales de una hélice, cuyo paso aumenta progresivamente para evitar las obstrucciones, con movimiento de rotacion lento, debido á una transmision que comunica con el árbol de la .fábrica. Impelido el combustible por la hélice, llega al vértice de la rejilla, donde se deseca, y cae ardiente para Uégar á la rejilla horizontal, en donde se completa la combustion y se acumulan las cenizas. La forma semicónica de la rejilla permite la. distribucion del combustible en una mayor superficie de rejilla. Michel Perret combina varias disposiciones de hogar para quemar el polvo de cok, los carbones secos, las cenizas de las fráguas y, en general, todos los resíduos ordinarios de los hogares industriales. La fig. 89 representa el hogar de compartimentos horizontales, compuesto de cuatro ó cim.co baldosas de tierra,. refractaria, ligeramente arqueadas para que ofrezcan más resistencia, y sobre las cuales se extiende el combustible. En el frente del horno hay unas aberturas que permiten cargar y repartir el combustible; los compartimentos comunican alternativamente entre sí, de suerte que el aire penetrá en el inferior, y pasa sucesivamente por los restantes, efectuando la combustion en la s11perficie del polvo cargado en las baldosas. Los gases producidos salen por una abertura practicada en el compartimento superior, desde el cual pasan al calorífero en donde debe utilizarse su calórico. El combustible que se encuentra en la baldosa superior, se va impeliendo á medida que avanza la combustion, haciéndose lo mis'" mo con el que se encuentra en las restantes? de suerte que, en el último compartimento ya·

7'I'

FÍSICA INDUSTRIAL

sólo se obtienen materias incombustibles. La rejilla colocada en la parte inferior sólo sirve para prender el fuego. Para evitar el trabajo que ocasiona la impulsion del combustible, sustituye Perret las baldosas con cierto número de prismas triangulares, que dejan entre sí intérvalos determinados, de suerte que las partes llenas están colocadas debajo de las vac~as (fig. 90). El combustible cae naturalmente por los planos inclinados á medida que adelanta la combustion, la cual se alimenta con ·el aire que pasa por su superficie en los huecos que quedan sobre los prismas. De este modo el servicio· del aparato es mucho más fácil y cómodo. En otra disposicion (figura 91) Perret carga el combus,tible en una rejilla de barrotes muy unidos y de gran altura, cuya parte inferior está sumergida en un depósito de agua para que se enfrien, con lo cual se evita el calentamiento, la alteracion de ~os barrotes y la obstruccion de la rejilla. El air_e de alimentacion penetra lateralmente. Para quemar el carbon en polvo procedente de los fondos de los depósitos, Borbin emplea una tolva con una llave en su base, provista de una empulgadura. Al mover esta llave, la empulgadura se llena de polvo de carbon que cae á un conducto y de éste á la llama de un hogar de hulla, impelido por un ventilador; El aire que produce la impulsion suministra al propio tiempo el oxígeno necesario á la combustion, facilitada prny particularmente por la-gran division del combusti)Jle. Los buenos resultados obtenidos con esta disposiciori han conducido á pulverizar el carbon por medio de cilindros, de donde cae á las paletas de un ventilador que lo proyecta al centro de la llama de un hogar. Hogares para líquidos.

. Los líquidos se erriple¡m muy escasamente como combustibles industriales, y, entre ellos, los únicos que tienen alguna aplicacion son los alquitranes, los aceites pesados, resíduos de la fabricacion del gas, los aceites de . petróleo y algun otro. Hogar para alquitran.-Este hogar (figura 92) debido á Müller y Fichet, se compone de un horno de albañileria provisto de cámara de combustion: en su parte inferior hay una

rejilla en la cual se quema cok. La brea ó alquitran se halla en un depósito G colocado encima del horno, en donde se calienta y cae gota á gota á la cámara F, y de esta al car bon . incandescente C, C. La combustion se verica por el aire que penetra lateralmente, calentado por un doble aparato calorífero especial A, A; la llama se extiende por la cámara de combustion, invirtiéndose y calentando los cilindros de fundicion que contienep las materias que se elaboran. Hogar para aceites pesados.-Para operar mejor contacto con el aire y obtener una com.; bustion más completa, y, por lo tanto, menor cantidad de humo, Saint-Claire, Deville y Andoin emplean el hogar (figs. 93 y 94), con · el cual obtienen excelentes resultados. Se compone de un prisma de fundicion (figura 94), de seccion trápezoidal, que, para una caldera de vapor, ocupa debajo de los hervideros el lugar de la puerta ordinaria del hogar. La cara i-nterior del prisma forma un plano inclinado B C, provisto de ranuras paralelas por donde resbala el aceite procedente de un depósito· calentado, distribuyéndose por medio de un tubo transversal'~T y de una série de tubos inclinados A B que lo vierten en la parte superior de las ranuras. De este modo se obtiene una série de chorros de aceite paralelos que resbalan por las ranuras del plano inclinado. El aire exterior penetra por hendiduras rectangulares practicadas en el prisma, entre las ranuras, de suerte que cada chorro cae entre dos capas de aire, cons- · titúyendo así una especie de rejilla líquida. El derrame se gradúa por medio de .uua llave, y la entrada del aire por medio de una placa de fundicion que cor.re verticalmente frente las aberturas. El manejo de este hogar requiere mucho cuidado para que no :se obstruyan los tubos, debido á alguna baja de terr;i.peratura, ·puesto que estos aceites sólo son flúidos á temperaturas muy elevadas.. Un pai:o momentáneo en el derrame y la consiguiente brusquedad·de entrada del aceite d.espues de la obstruccion,, dá lugar casi siempre á explosiones que hacen salir la llama al exterior del horno y ocasionan daños á los fogoneros, cuyo accidente se produce tambi~n por el cierre brusco del registro; parlo tanto_,

•

73 vuelve y que tambien lleva una tubulosa para el vapor. Un_o de los e~tremos de esta caja lleva rosca para recibir un tubo tronco-cónico O practicado en la cabecera A B A. El otro fondo de la caja central, opuesto al anterior, está cerrado con un prensa-estopas, que, por medio de dos espolones, apoya en dos salien- · tes inclinados para que el cierre sea hermético. Por esta caja de estopas pasa una espiga de rosca T terminada en un cono, que, por medio de un volante K, penetra más ó menos en el.orifido de salida del petróleo, graduando así su seccion y cerrándola completamente. · El espesor de la capa anular de vapor sé gradúa haciendo girar el tubq, interior de rosca con una llave colócada eq. el tubo de entrada V V. Para aumentar la intensidad del hogar basta abrir un ·poco más la llave del vapor y aumentar la entrada del petróleo; el movimiento inverso produce disminucion de inténsidad. Para h.9gares de I metro de diámetro, cor- . respondientes á una superficie de caldeo de 50 metros, Allest colóca dos hervideros -seme· jantes. Siempre que un cuerpo t:xtraño deje defiltrarse y pase á la caja de petróleo N, obstruyendo la zona anular, no hay necesidad de que cese el funcionamiento del aparato; ~asta dar dos ó tres vueltas al volante en ambos sentidos, con lo cual se aumenta bruscamente la latitud de la zona, permitiendo la salida d~ . · obstáculo. Para desmontar todo el a,parato basta dar '/l _de vuelta á la caja de estopas, con lo que . se la saca, así como tambien la aguja reguladora, descubriéndose todo el interior del quemadero. E;n el hogar de una caldera ordinaria para buques se colocan uno ó varios pulverizadores, construyéndose (fig. 97) una solera de ladrillos sobre la rejilla F y un revestimiento -interi~r de lo mismo. El _frente se su~tituye con una plancha con agujeros C, C, para miras. Los quemaderos B, B, B, B, penetran en el hogar por un agujero practicado en la planchá, sostenidos simplemente por los tubos de entrada V V de vapor y T T de petróleo, á cuyo alrededor pueden gfrar para darles tódas las inclinaciones posibles. R es el depósito de petróleo. Los experimentos comparativos practica-

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

es muy útil colocar algo en él que impida su cierre completo. En este aparato se pueden quemar igual..: mente los aceites de petróleo, siempre que se tomen las debidas precauciones, mayores aú~ que para los aceites pesados. Hogar Aguelet.-La fig. 95 representa este aparato para la combustion del ace_ite. Se compone de dos tubos concéntricos: el aceite entra por el tubo interior, y el aire por el espacio anular.á una presion de 5 á 7 centím~tros de mercurio. Bajo la accion de la corriente de aire, el chorro líquido se transforma en una neblina muy ténue, que se mezcla íntimamente con el aire, y la combustion produce una llama corta: tanto la entrada del aire como la del aceite se gradúan con llaves. Hogares para na/ta.-Para el calde~ de las calderas de vapor de los buques se ha in tentado ·quemar la nafta en bruto, ó sus resíduos, haciéndola pasará través de un lecho poroso, ó bien por ranuras estrechas, ó tambien dejándola caer gota á gota sobre planchas caldeadas al blanco; pero todos estos procedh mientas han dado muy hrnlos resultados. por producir una gran cantidad de humo negro, que, en contacto con las paredes frias de los tubos, los obstruye apagando la llama. Los únicos aparatos que han dado buenos resultados son los que pulverizan el petróleo por medio de un chorro de vapor y lo proyectan al hogar en forma de neblina; de este modo la nafta quema bien y produce una Hama larga, brillante, sin humo y sin resíduos. La mayor parte de lps aparatos vierten el petróleo, por un orificio largo y estrecho, sobre un chorro de vapor que sale por un orificío semejante colocado a.e bajo del primero: el ancho de los orificios varía de medio milímetro á 2 milímetros. Estos aparatos tienen el inconveniente de romperse al cabe, de corto tiempo; y la nafta, por bien filtrada que esté, se espesa y ·acaba por obstruir la seccion de derrame. En el aparato de Allest (fig. 96), para las calderas de vapor de los buques, la nafta entra por un orificio circular de gran diámetro y . el. vapor por su alrededor. El pulverizador se compone de una caja cónica N con tubúlosa lateral para la entrada del petróleo, fundida en otra caja que la enFÍSICA IND.

T. II. -e--10

FÍSICA INDUSTRIAL 74 0 ' 1 555 Seccion tubular .. dos en una caldera de un buque de. vapor 0'1520, • chimenea. la de cuyas dimensiones ei:an : continuacion á que han dado los resultados 2 1 40"'' Superficies' de caldeo .• se expresan : 0 88 rejilla. . • 1

PESOS '·

V APORIZACION

de agua vaporizada por metro cuadrado de superfi cie de caldeo.

de agua vaporizada por kil ogr . de combustible .

de combustible q ucmado por ho ra y por m . cuad . de rejilla.

NAFTA k

No rmal•. Activa . . .

. 25'2 7 á 4 1'87 57'40 á 7 1'76

12'75 á 13'57 11'42á12 '82

CARB ON Redu cid a. Activa.

7 '1 5 8'3 7 7 '75 á 8' 6.5

5o ' 2 4 á 59'5 I 77'59 á 99'85

14'61 á 25'.35 1 .3 1 48 á .37'48

1.3'25 á 18'25 2.5'77 á .32 '0 9

para la calefaccion. Esta utilizacion ha demos~rado las grandes ventajas que, sobre los sólidos, presentan los gases bajo el punto de vista de la facilidad en su combustion, la cual puede ob.ten~rse más :completa y graduarse más cómodamente por medio de válvulas y de llaves. Se pueden obtener llamas largas ó cortas~ seg un llls necesidades, y pro<lucir temperaturas más altas , calentando el combustible y el comburente antes de la combustion. En muchos casos, en vez de quemar directarn.~nte los combustibles en estado sólido, se les transforma en gas por medio de una operacion J?reliminar. A ntes de tratar de los hogares destinados á quemar los gases combustibles, nos ocuparemos primeramente de los aparatos destinados á productrlos industri~lmente, á los cuales se da el nombre de gasógenos . . Para operar la· transformacion de los combustibles en gas se pueden emplear v arios · medios. gue cerrado, vaso en Se les puede calentar Gasógenos. es el procedimiento que se emplea para-.la fa~ En los establecimientos metalúrgicos se des bricacion del gas del alumbrado. Se carga la prenden de los altos hornos gases combusti- hulla en las retortas colocadas en los hornos bles, que, perdidos primitivamente en la _at-' .Y calentadas. con un hogar . especial. Bajo la mósfera, se han aprovechado posteriormente accion d.el calor la hulla se destila, los hidró-

El empleo del 'vapor para pulverizar la n.afta presenta . un gran inconveniente en los buques, consistente en el consumo de agua _1_ á _1_ de la produccion q ue necesita: de 12 . 10 . total. Para un buque de·3000 toneladas, cuya superficie de caldeo sea c,le 500 metros, lacal<lera debe evaporar 30 X 500 = 15000· litros aproximadamente por hora, ó sean 300 metros <;:úbicos para una travesia de 10 dias. En caso .de empleaise el agua salada debe recurrirse á potentes aparatos destilatorios, lo cual es muy complicado y costoso. Es preferible sustituir el vapor por _el aire comprimido. Basta para ello con una pequeña bomba de vapor que comprima el aire á 2 ó 3 atmósferas, ó, . segun Allest, inyectar todo el aire n~c;esari:o á la combustion por el espacio anular del aparato, aumentanq.o. convenientemente su s~ccion y supri miendo e! pabellon. En este caso, el aire se inyec~ará · con un ventilador.

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

,!!

genos carbonados se desprenden, y, despues 1 =854 por kilógraá 3 corresponde cual lo galos recogen se enfriados y purificados de 3 ses, en gasómetros para de allí distribuirlos mo de ácido carbónico descompuesto. por los ramales de conduccion. El carbon que El calórico transmitido á través de la masa queda en las retortas es el cok. por los gases de la combustion que suben, De este modo se obtienen gases muy com- produce la destilacion de las capas superiobustibles, sin mezcla de ázoe; pero, como este res; la mezcla de los gases, óxido de carbono, procedi1I_1iento es muy caro, sólo se emplean hidrógenos carbonados, etc., sale por un ori-_ estos gases para el alumbrado y para ciertos fido colocado cerca de la cúspide y pasa por usos particulares como en las cocinas, labo...: tubos á los hogares especiales en los cuales ratorios y calefaccion doméstica. debe efectuarse la combustion. La temperatura de los gases que salen del Para obtener más económicamente la transformacion de los combustibles en gas, Ebel- gasógeno depende de la naturaleza del commen ·construye gasógeJJ.os, en forma de pe- bustible: con la turba y la madera, apenas queños altos hornos, en los cuales se apila el pasa de 300°, mientras que se eleva á 7 y 800°, combustible. La altura del aparato varía, se- y más aún, con la hulla y el cok. Gasógeno Bettufumé.-En 1854, Beaufumé gun el combustible, de 1'5om á 2 metros, para el lignito y la turba ·desecada; un poco menos aplicó un sistema de gasógeno á la calefacpara el carbon de madera; de 2'50" á 3 me-· cion de las calderas de vapor, proponiéndose tros para la hulla y el cok. Se inyecta aire principalmente suprimir el humo. -Este gasógeno se componia de una caja de por la base del horrio, por una tobera, á una presion de 0'20 de agua para la madera, de . seccion cuadrada, de doble envolvente, ro0'25 á 0'30 para la hulla y el cok. A estos ga- deada de agua al igual que en las locomotosógenos se les denomina de combustion viva. ras. En el fondo de la caja se hallaba la rejiLa fig. 98, representa una disposicion apli- lla, sobre la cual se cargaba la hulla, con un espesor de 0'60 m, por medio de dos tolvas cada por T~omas y Laurens. El combustible, que debe ser de calidad seca dispuestas en la tapa del hogar, provistas de para que no haya obstruccion, se carga por válvulas, como en el aparato anterior, para medio de una tolva de dos válvulas, que, se introducir el combustible privándole de co- _ abren sucesivamente, á fin de evitar comuni- municacion con la atmósfera. El aire se incacion con el exterior. Si el combustible con- yectaba con un ventilador de fuerza centrítiene materias terrosas se añade un fundente fuga. Los gases producidos salían por una aberque las hace derramar disgregándolas. El aire que se introduce por la tobera pro- · tura practicada en la parte superior de ú.na duce al principio ácido carbónico, que, encon- de las paredes laterales, pasando por debajo trando, al subir, carbono á una alta temperade la caldera, en donde se quemaban en un tura, se transforma en óxido de carbono y hogar especial. · Este aparato no dió buenos resultados por baja entonces la temperatura por la gran cantidad de calórico absorbido con esta transfor- la compliqtcion que ofrecia su caldeo, y por emplear una máquina y un ventilador. Ademac;:ion. se producian escapes, se rompían las más, Se sabe que 1 kilógramo de carbono, al unirse al oxígeno, forma 3'66• de ácido carbó:. planchas del hogar y se produjeron tambien ni~o, que, con 1 kilógramode carbonó, pro- algunas explosiones. Gasógeno Siemens.-A Siemens se debe el ducen 4'66k de óxido de carbono: la transformacion de los 3'66• de ácido carbónico pro- gasógeno de combustion lenta empleado en duce 8080 calorías, mientras que la formacion muchas industrias. Este gasógeno (fig. 99) se cornpon~ de un de 4'66• deóxido por 2 kilógramos de óxido lleno, muy inclinado, por el cual resbamuro sólo produce 2 X 2473 = 4946. La diferencia 8080 - 4946=3134 es, pues, el número de la el combustible, que, se carga por una tolva calorias absorbidas por el paso de 3'66• de áci- ·de doble cierre, como las de los aparatos ando carbónico al estado de óxido de carbono, teriores: debajo ~e enc-µentra una rejilla tor-

.,.. FÍSICA INDUSTRIAL 76 mada gor barrotes de gradas fijas, y, m~s aba- los hogares para gas, se deben colocar 3 mejo, unos barrotes móviles no tan. inclinados. tros y 3'50 m más bajos, que éstos para _que se El combustible baja por su propio peso á la produzca la suficiente aspiracion del aire. parte llena, en donde va destilando por la ac- · Para producir el tiraje con gasógenos colociqn del ..calórico, privadq del aire; pasa al cados lejos de los hogares é instalados á poca estado de cok y recibe el contacto del aire . profundidad del suelo, Siemens adopta una por su parte inferior,-ª la altura de 'la rejilla, disposicion especial, compuesta de una chi·ptoduciéndose primeramente ácido carbóni- menea de ladrillos, de 2'50 m á 3 metros de aleo, que, debiendo atravesar una gran capa de tura, colocada directamente encima del gasócarbon, se transforma en óxido de carbono geno y por la cual suben los gases á una y sale con el ázoe del aire y los hidrocar- tempÚatura de 600º á 650°: del vértice sale buros carbonados procedentes de la parte un tubo horizontal metálico, cuya superficie superior del hogar. Moviendo ó cambiando es de 6 metros cuadrados, á lo menos, expueslos barrotes móviles se hacen caer las cenizas to al aire para que se enfríen los gases y bay escorias al cenicero, de donde se sacan con jen al hogar por otro tubo casi de igual altura que el ascenclente. La distinta densidad que la mayor facilidad. Una mira colocada en la parte superior del tienen los gases en estos dos tubos verticales·, horno permite observar la marcha del hogar resultante de la diferenda de temperatura, é introducir la herramienta destinada á lim- 'ba5ta para producir el tiraje, ·corno se verá al tratar de Jas. chimeneas. piar la rejilla. Temperatura de los gasógenos.-El siguienLa combustion en estos hogares se hace á cuadro pone de manifiesto la composicion te uac · metro por razon de 25 á 30 kilógramos media de la mezcla de los gases que salen de drado. Cuando los gasógenos se instalan cerca de un gasógeno.

, Composicion media de los gases producidos . por un gasógeno Siemens.

DESIGNACION

COM_POSICION en volúmenes.

PESOS

del metro cúbico ~e cada gas.

CALÓRICO

en pesos

específico.

0 '248 0 '216

0 '06.39

de loS volúmene!-

de cado. gas á I kil.

Óxido de carbono .. Ácido carbónico. Ázoe .. Hidrógeno. Hidrógeno proto-carbonado.

VALORES

COMPOSICION

0'25 0 '05 0'60 • 0 '08 0'02

0 '0896 0'721

1'00

1'247 1'977 1'256

0'26.3

o '.31175 0 0'09885 0

0'08.3 0'6.36 0'006

0'75.3600 0'0071 68 o'o 144·20 I

'185788

0'0174 0'1 566

0'244 .3'400

0 '0204

0 '012

o'.59.3

0'0077

1'000

0'2660

Como se vé, el peso del metro cúbico de mezcla es de 1'186\ de suerte que su densidad es algo menor que Ja del aire á·la misma temperatura . El calórico específico medio 0'266 es, por Jo contrario, un poco mayor á causa de la presencia del hidrógeno. En el anMisis se ha prescindido de cierta cantidad de vapor de agua, que, por término medio, Pl!ede evaluarse en 3'80 k por 100 k de hulla · consumida. Pasemos ahora á buscar el calórico producido en el gasógeno, la temperatura alcanzá-

da y la influencia de una inyeccion de agua ó de vapor. · · Para- un kilógramo de gas, las cantidades de carbono y de hidrógeno son, para el c:¡1rbono: En el óxido de carbono,i_ X 14

0'263=0'1127

En el ~cido carbónico,i_ X 0'083 22

En el hidro-carburo,

= 0·0226

X 0'012 = 1-. 4

_Carbono por kilógramo de gas.

0'009

0'1443

-,_

77 hulla. Suponiendo 50 por roo de rendimiento, el. calórico necesario para destilar I kilá"gramo de hulla es 0'50 X 0'15 X 8000 600 calorías. La pérdida debida al enfriamiento de las paredes del gasógeno es considerable: eva- luándola, por analogía, con la de los hogares de las calderas de vapor, se la puede estimar en 25 por_rno, ó sean, 0'25X2668'31 =667'08;_ quedan, por consiguiente, J 401'23 calorías para elevar la temperatura. El calórico específico medio de los gases es _d e 0'266; luego, para hallar la temperatura de los gases á la salida se tiene la relacion

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

Para el hidrógeno: Hidrógeno libre ....

o'oo6o I

En el hidro-carburo ... -

X 0'012 = 0'0030 0'0090

Hidrógeno por kilógramo de gas ..

El peso total del carbono y del hidrógeno por kilógramo de gases: ü'l443+o'0090=ü'I533

Si se supone que, en la hulla empleada, el carbono y el hidrógeno reunidos entran por 90 por 100, el peso de hulla consumida correspondiente es o'~ 533 = 0'1703 k, que es el - 09 . peso de hulla necesario para producir un kilógramo de gas. Cada kilógramo de hulla produce, por con1

siguiente, al salir del gasógeno, -,--- = 5'882 o 1703 de gas, que s~ descompone así: Oxido d_e carbono .. Acido carbónico .. . Azoe . . . . . . . . . Hidrógeno . . . . . . Hidrógenos carbonados. ·.

1 '547k 0'488 3'741 0'035 0'071

5'882

La cantidad de calórico desprendido por la formacion del óxido de carbono y del ácido carbónico es, por consiguiente, por J.dlógramo de gas· 0'1127 X 2408= 271'38 ° 0'0226 X 8080 = 182'26 Total del calórico desprendido

453'64,

ó sea, 2668'3 r calorias por 5'882 k correspondientes á I kilógramo de hulla consumida. Este calor se emplea no tan sólo en elevar la temperatura de lqs gases, si que tambien para producir la desti-lacion, haciendo pasar el agua, el hidrógeno y los hidrógenos carbonados al estado gaseoso, y á compensar las pérdidas experimentadas por el enfriamiento de las paredes exteriores del horno. En cuanto al calórico absorbido por la destilacion no se conoce nada exacto. En las fábricas de gas se queman unos 15 kiiógramos de cok para a~sti1¡3.r 100 kiló$"ramos de .....

5'882 X 0'266 T 1401'2.3 895º. T Como en este cálculo hay algunas cantidades que no se apoyan en determinaciones bien exactas, sólo puede servir para indicar de un modo general la influencia de los varios elementos de la cuestion. El resultado que se obtiene es algo mayor que el suministrado por la práctica, lo cual obedece, en parte, á no haber tenido en cuenta el vapor de agua. La temperatura de 800 grados ·es muy ele·vada; resultando que, al tener que Uev~r los gases á distancia para quemarlos, el enfriamiento que experimentan ocasiona pérdidas considerables. Para evitarlo, es conveniente colocar el hogar en donde quemen lo más ·cerca posible del gasógeno, á m~nos que el tiraje se produzca por el mismo enfriamiento ·como en el aparato Siemens. Influ-encia de tt,,?ia inyeccion de agua ó de vapor.-Puede reducirse la pérdida bajando la temperatura por la descompos1cion de cierta cantidad de agua· ó de vapor en hidrógeno y en oxígeno. Este último gas se une al carbono para formar óxido de carbono, disminuyendo la cantidad de agua necesaria, mientras que el hidrógeno aumenta la masa de los gases combustibles. · El peso de agua que debe descomponerse para bajar la temperatura de roo grados, por ,ejemplo, es fácil de calcular. Sabemos que 1 kilógramo de hidrógeno forma, al quemar, 9 k.ilógramos de aguá y desp.rende 34,462 calorías cuando el vapo~r est~ fOndens¡3.~Q- R_ecí.p·rqca_~ ente ? kilófa, ...

FÍSICA INDUSTRIAL

mos de agua que se descomponen, absorben 34462 34,462 calorias, y I kilógramo - - = 3889 9 ca!orias. Un kilógramo de- vapor, para descampo29000 nerse, absorbe tan sólo - - - = 3222 calo. 9

rias. Segun esto, como el peso de los gases producidos por kilógramo de, hulla, es de 5-'882 k en el gasógeno de que se ha tratado, para bajar su temperatura de 100 grados, se deberá descomponer, por kilógramo de hulla, un peso de agua x que se obtendria por la relacien 5'882 '>< 0'266 X

IOO

= 3889 X

0'0402

es decir, 4'02 .k de agua por 100 kilógramos de hulla. La experiencia indica que, segun la naturaleza de las hullas, se necesitan 2·5ok á 4'5ok de agua para bajar de ·100 grados la temperatura de los gases, por 100 kilógramos de hulla, (de la hulla seca de llama larga á la hulla antracitosa). Si en vez de agua se inyectase vapor, deberian descomponerse 3889 X 4'02==4'852k. 3222 Hogares para gas.

Los hogares para gas deben obedecerá los principios generales ya desarrollados al principio al tratar de la llama producida por la combustion de los gases. La division en chor, ros, ó en capas muy ténues, en contacto con el aire, se verifica con los gases mucho más fácilmente que con los demás combustibles. La disposicion más sencilla de estos hogares consiste en hacer pasar el aire y los gases combustibles por dos conductos paralelos (fig. 100), y hacerlos salir por aberturas practicadas de distancia en distancia, dispuestas oblícuamente para que los chorros se crucen entre sí, cuyos chorros no deben ser muy _gruesos-para que la mezcla se haga bien. Si esta disposicion se aplica á una caldera, se construye una bóveda encima de los orificios para que el chorro no sea directo y no pueda quemar el metal.

Las figs. 101 y 102 representan una disposicion de hogar empleada para la combustion de los gases de los altos hornos, aplicada á una caldera de vapor. El gas entra por un tubo al interior de una caja de fundicion, de la cual sale en forma de capas delgadas por medio de una série de aberturas rectangulares, mientras que el aire exterior penetra directamente por los intérvalos con el fin de multiplicar los puntos de contacto con los gases combustibles. Su volúmen se gradúa por medio de un registro de colisa. Para evitar las explosiones hay un hogar contínuamente encendido que inflama los ga·ses á su entrada. · Para los hogares de alta temperatura, destinados á los Úsos metalúrgicos, la disposicion adoptada por Thomas y Laurens es la representada por la fig. 103. Los gases entran en una caja, una de cuyas caras está formada por una placa de fundicion, ó de tierra refractaria, provista de un sinnúmero de agujeros circulares. Lanzado el aire por una máquina impelente, penetra en otra caja coloéada detrás de la primera y sale por unos tubos colocados enfrente de los ori- / fidos de salida de los gases combustibles, con lo cual constituyen un sin fin de chorros anulares que reciben en su centro otros tantos chorros de aire para aumentar las superficies de contacto del comburente y del combustible. Las cantidades de aire y 'de los gases se gradúan con registros de cuadrante, y así se obtienen llamas reductrices y oxid!3-nt~s, segun convenga. ,. . En la disposicion de la fig. 104 los gases entran por un tubo vertical unido al frente del _horno y encorvado á ángulo recto á la altura ·de la rejilla, en forma de caja plana, para dirigir los gases al hogar. Absorbido el aire directamente de la atmósfera, penetra por tubos de pequeño diámetro, distribuidos en la caja por hiladas horizontales alternadas, cuyos tubos terminan en el centro y en varios puntos de la corriente de gas para producir la mezcla del combustible y el comburente. La cantidad de gas se gradúa con un registro de cuadrante. A los lados del tubo de entrada hay unas válvulas móviles, que .sirven. de válvU.las de

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

seguridad, y pérmiten la salida inmepiata de los gases siempre que por su acumulacioa pueda producirse expl0sion. Hogares Müller y Ft'chet.-En estos hogares se dispone una pieza refractariª' de modo que divida las corrientes de gas y de aire, h~ciéndolas llegar á la cámara de com bustion en. forma de capas delgadas alternadas, con lo cual se establece. el contacto entre el comburente y el combustible en una superficie mucho mayor: esto asegura una combustion más completa. La fig. 105 representa la disposicion de un hogar de esta clase para el caldeo de un horno. El gas combustible viene del gasógeno por el conducto rectangular G G, practicadoen una pieza refractaria; sale de distancia en distancia por unas hendiduras verticales g, g, mientras que, penetrando lateralmente el aire por los dos lados á la vez, se calienta al contacto de los tubos .T, penetra en la pieza refractaria por conductos encorvados a, a, mezclándose por ca pis delgadas y alternas con el gas en el interior de una chimenea vertical colocada encima, en donde se efectúa la combustion, que, continúa en el horno F, al contacto con los tubos y aparatos que contienen las materias que se elaboran. Las figs. rn6 y 107 representan una disposicion algo distinta, empleada para el caldeo de una caldera de vapor de dos hervideros. El gas combustible, procedente del gasógeno, pasa por un tubo vertical cuya seccion se gradúa con el registro R y el volante V; penetra al centro del hogar por el conducto G G, y sale por ambos ladm á favor de unas hendiduras curvas g, g, practicadas en las piezas refractarias: la salida se verifica por dos conductos situados debajo de los hervideros. El aire que entra por los otros conductos A A, colocados á amjJos lados del hogar, penetra por ,las hendiduras a, a, practicadas en la~ mismas piezas refractarias, y forma una série de capas delgadas verticales paralelas, alternadas con las capas de gas.. Con ello se produce la mezcla, la com bustion se resuelve y, quebrándose la llama debajo de la bóvéda K, sale lateralmente por las aberturas m, m, m, m, dilatándose por el espacio F, F, F, al contacto con la superficie de los hervideros.

Acumuladores de calórico.

Para ciertas aplicaciones, un aparato con hogar, ya por lo embarazoso de su instalacion, ya como complicacion del.servicio, ya como peligro de incendio y otras causas, puede ofrecer inconvenientes que obliguen á recurrirá otros procedimientos para la produccion del calórico. Así es que, para la calefaccion de los compartimentos de viajeros en los vagones de los ferrocarriles, para la traccion de los tramvias, etc., se emplean aparatos que, sin necesidad de llevar consigo el hogar, suministran durante cierto tiempo el calórico necesario para mantener la t~mperatura en el compartimento, ó par-a producir · el vapor consumido pór el funcionamiento de la máquina motriz. Estos aparatos, dispuestos para acumular cierta cantidad de calórico que se va consumiendo poco á poco, se denominan acumu- . !adores de calórico. Calorífero de agua calt'ente. -Para calentar los vagones de los ferrocarriles, el aparato más generalmente empleado es el calorífero móvil de· ag.ua caliente. Se compone de un ·cilindro aplanado, que contiene de 10 á 12 kilógramos de agua, de 90 á 95° de temperatura, que se coloca en los compartimentos y en el cual apoyan los piés los viajeros. El calórico acumulado en el agua se disipa poco á poco, suministrando una temperatura conveniente, en particular á los piés, hasta que el agua baja á 40°, lo cual se verifica en 2 hora_s y _m edia, en cuyo in~tante se sustituye el cilindro con otrn. Este sistema presenta varios inconvenientes, entre los cuales, el más molesto para los viajeros es tenerles que cambiar los caloríferos á intérvalos tan repetidos, á causa del enfriamiento rápido que se verifica. Calorífero Ancelin.-Ancelin llena los caloríferos con acetato de sosa, substancia que pasa del estado líquido al sólido á los 59°, y así resuelve el problema de conservar elcalor por mucho tiempó. Durapte la -solidificacion, permanece constante la temperatura, y el calórico acumulado por una masa determinada es mucho mayor que para el agua, á causa del calc,Srico de fusion.

;

FÍSICA INDUSTRIAL 80 El calórico especifico del acetato de sosa cantidades, resulta que I kil,ógramo de acesólido es 0'32; el del acetato líquido es 0'75; tato :de sosa, que, pása de 90º en estado líquido á 40° en estado sólido, abandona el el calórico de fusion es de 94 calorias. De los cálculos d€ Mayer, basados en estas siguiente- número de calorias:

Por el enfriamiento del liquido de 90º ·á 95º . Por la solidificacion á 59º . . Por -el enfriamiento del sólido de 59º á 40º . . Total del calórico abandonado por kilógramo . . esto es, unas 123 calórias por kilógramo de acetato de sosa. r kilógramo de agua caliente, en ·1os mis. mos límites de temperatura de 90º á 40°, abandona tan sólo 50 calor~as. La relaciones, pues, 123 - , 6 50-24. Cada calorífero · de plancha pesa, ~vacío, 7'5k; contiene 15 kilógramos de acetato, y 11 kilógramós de agua. Segun est0, el calórico abandonado por el calorífero de acetato., es: 15 X 123

+ 7'5 X o' u

X 50

= 1886'25 ;

y el abandonado p_or e-1 agua, es: n X 50+ 7'5 X o' II X 50-:- 59r'25. . 1886' 25 La relac10n es , 3'29~ 591 25 En vez de dos horas y media, el calorífero de acetato de sosa puede · permanecer suficientemente caliente durante unas ocho horas ; lo cual confirma la práctica-. La fig. 108 dá las curvas de enfriamiento-: la primera, A BCD, para·e1 calorífero Anee. lin; la segunda para el de agua caliente. Las abcisas representan los tiempos ; las ordenada's las temperaturas. . Sucede á v eces que, en vez de solidificarse regularmente el acetato de sosa á la temperatura de 59º, permanece líquido á temperatura más baja aún, y, por lo tanto, no dá el calor que deberia producir la solidificacion. La cürva (fig. 109) representa la marcha del enfriamiento. En· este caso, basta agitar fuertemente el calorífero enfriado para determinar la cristalizacion de la sal, y entonce_s la temperatura sube inmediatamente á 59°, conservándose así durante mucho tiempo; sin

.3 IX 0' 75

= 23'25

19 X 0)2

-94 6'08

123'33

embargo, el viajero ha debido sop0rtar los inconvenientes dé una baja temperatura, Para impedir esta segun<l;a fusion, debida ya á la falta de pureza del acetato ó á la cantidad de agua que contiene, el procedimiento más eficaz consiste en introducir en el calorífero cierta cantidad de bolas de metal, que, por Sl} movimiento en :el interior de la masa fundida, determinan la formacion de los crista les. Para evitar los escapes se deben adoptar disposiciones especiaJes, y no llenar c~mpletamente los caloríferos para permitir la dilatacion. Locomotora Em . Lammy Leon Franco.Esta locomotora se compone principalmente de un depósito cilíndrico de plancha de acero, lleno de agua á alta· presion, y de piezas motrices análogas á las de las locomotoras ordinarias. El caldeo del agua del depósito R R (figura uo) se efectúa por medio del vapor procedente de una ealder~ fija que funcione á 15 atmósferas, es decir, á unos 200°. El vapor'llega al depósito por la llave B, pasa por el tubo d d, unido por un racord de rosca al tubo G, espareiéndose por la masa de agua y pasando, por una fila de orificios ptacticados en una generatriz del tubo mm colocado en ia parte inferior del depósito. Una vez terminado el caldeo, que dura de 15 á 20 minutos, se cierra la comunicacion s;on la caldera fija por medio de un .tapan de rosca. _Para ladistribucion del vapor á los cilindros motores, se toma aquel por medio de una llave V colocada en el tqbo a a, en la cúspide de la cúpula K, y pasa por la caja D, que hace . bajar la presion del vapor al grado que con. venga, antes de que penetre en los cilindros

HOGARES ORDINARIOS

motore·s C, desde los cuales pasa por el tubo A A, de gran diámetro, que sirve de depósito'de vapor. La entrada se gradúa por medio de la pequeña caja e, la cual, como en las locomotoras ordinarias, constituye el regulador ó apar~to del movimiento. . Para que el escape de vapor, que de los cilindros sale á la atmósfera, no produzca cuido, se le hace pasar por un tubo T T T á 'u n éondensador de aire J J, formado por. tubos abiertos por ambos extr~mos. El vapor condensado pasa por un tubo t t á una caja F, de donde sale otra vez para unirse á la alimentacion. Si la condensacion no es completa, el exceso de vapor sale á la atmósfera por el tubo E. A fin de disminuir el enfriamiento del gran depósito de agua caliente, se le envuelve con una plancha delgada, á la cual se aplica directamente otra, de 0 '065m, de corcho y madera ensambladas á ~ranura. Entre la plancha y el depósito se deja un espacio de 55 milímetros. En estas condiciones·, y segun la práctica, la pérdida de presion del vapor es tan sólo de 1 kilógramo en cuatro horas; y, como la máquina puede hacer 20 kilómetros por hora, se pueden recorrer trayectos muy · largos sin pérdida sensible. Esta locomQtora se ha aplicado al tramvia de vapor de Rueil á Marly-le-Roi, en Fi-anda, cuya dJstancia es de ro kilóm~tros, siéndo el arrastre de 12 toneladas, con rampas tales que necesitan una acumulacion de trabajo correspondie1.1te á ¡~ produccion de 150 kilógramos de vapor á 3 atmósferas. -El peso de a.gua .que debe contener el depósito se de_ termina como sigue: , Séan P el peso_de· ~gua calentada á la temperatura t (200° correspondfontes á la presion inicial de '15 atmósferas), r el calórico de vaporizacion á está temperatura, . o la tempera-

S't

DE REJILLA

tura correspondiente a la présion . final ( 13 5° para 3 atmósferas), W el peso de vapor (150 kilóg ramos) que correspor1;de al trabajo · que se debe producir. El peso de agua que queda en el depósito al terminar el trayecto, despues de consumído el peso W de vapor, es P- W; ·el calóricoque contiene, á partir de oº, es (P - W)O . . El.calórico contenido en el agua al salir á t, contando igualmente desde o°, era •P t; el calórico consumido para la vaporizacion del peso W, era W r; y se tiene: ; w r, p t _ (P _ W)o de lo cual se deduce:

P= (r-O)W t-6

Si en el ejemplo propuesto, W = 150 kiló135°, r = 654., á 5 at200°, gramos, t mósferas, se hallará:

Conteniendo el depósito 1800 kilógramos, se tiene un sobrante más que suficiente p~ra las circunstancias imprevistas. Se v é, pues, que la locomotora de agua ca~ liente, sin hogar, se halla en condiciones prácticas, bajo el punto' de vista de la acumulacion del calor, ofreciendo al. propio tiempo una gran. economía sobre la traccion animal. Locomotora Honi'g1'J1ann.-En esta loco.,. motora la acumuladon del calórico está basada en el desprendimiento de éste, debido al vapor de agua que absorbe una solucion concentrada de sosa. Segun Honigmann, las temperaturas y presiones correspondientes á los varios grn.dos de disolucion de sosa en el agua son las siguientes:

P RESION

SOLUCION

TEMPERATURA de ehullicion.

del vapor e n atmósferas.

de sosa 100 N a O. H O

!259° !220 15 19-12'5 1 74'5 166'0 1 1 59 5 15 4'0

2.3 ' 1

SOLUCION de sosa roo N a O. HO

10HO 20 · 40 50 60 70 80

1_3 l

8'7 7' 1 6'r 5'2

100 H O 150 200 .300 400 15º

PRESION TEMPERATURA de cbuli icion.

de l va por e n at mósferas ,

4'0 2'6 . 1' 95

1 44° 128'0 lt

1.2 0'0

110'8 107 '0 106'0

1 40 1 I _3 0

1'2 7

. T . II, -

FÍSICA IND.

•

I I

l'tsrCA- lNi:>UsTRIAr

Carga ele arrastre, 35'00 kilógrafüos. - · El apar-ato (fig. III) se compone de dos Tr-ayecto recorrido, 20'50 kilómetros . ·calderas: en el fondo de la primera, V, que de agua, al principio, 802 kilógramos . Peso contiene agua comun, están implantado s Lejía 779 -kilógramo s, conteniep.do 19'9 un gran número de tubos, cerrados por · su •báse inferior y ·sumergido s en la solucion por roo de agua. Agua vaporizada 527 kilógramos . . concentrad a de sosa, que, se encuentra en La lejía, al final, contenia 46'7 por. 100 de la otra caldera L L. El vapor producido en la caldera V (convenien temente calentada agua. 'para la marcha) pasa· por el túbo a a y. por • El trayecto se ejecutó con la caldera-de sosa 1a ll9ve R al cilindro de vapor C; el vapor de abierta; y la contr-a-presion del vapor .de es.escape pasa por el tubo b b á la caldera L L, cape, -debida á la a9sorcion, no superó á la en la cual penetra por muchos <;>rificios prac- presion de la columna ele sopa corresponL ticados en,-el tubo 1fl m. Este vap.or es absor- diente. derramó se trayecto A las cinco horas de bido por la lejía y prodµce calórico, qúe, se introducien do agua caliente en su lulejía, caldela de agua ál tubos los comunica por utilizando el resto de la lejía para rey gar y, ra V, la vaporiza, mantiene la presion, por consiguien te, el derrame hácia el cilin- correr 7'04 kilómet_ros, hasta que se produjo dro de vapor. Este movimient o se continúa escape de vapor no condensado , en cuyo inshasta qu~ la lejía de sosa pierde la concen- tante se encontraro n 1050 kilógramos de le~ tracion suficiente para absorber el vapor de jía, que, contenía 53'7 por 100 de agua. La fig. rr2 representa el modo de variar escape. La 'e xperrencia indica, como veremos, que las temperatur as de la lejía, del vapor motor la salida del vapor y, por consiguien te, la y del vapor de escape, durante la marc1i.a. Los marcha de la máquina, se pueden conservar tiempos están contados por horas en la línea á presion poco variable en la caldera: V du- de las abcisas; las temperatur as como orde, rante algunas ~horas, en condicione s prác- nadas, á partir de 100º centígrado s. La c~rva supedor, que parte de 16oº, ·indica la tempe .. · ticas. -· Si se lle'na la caldera destinada á la sosa, raturn de la sosa; la de debajo, que principia coh una solucioñ caliente entre 185° y 200º á 140°, da la temperatur a del vapor; la curva (que contenga ge 40 á 30 de agua, por 100 inferior, un. poco superior á :woº, da la del de sosa); y la caldera V con aguá á 166º, co- vapor de escape. Con la misma lejía .d e sosa se. ha podido rrespondie ntes á unas 7 atmósferas, se podrá poner en marcha la máquina y continuar . marchar durante 8 horas, bajando la. tem.pemientras la lejía vaya absorbiend o vapor de ratura de 160º á 140º solamente. Las partes escape, y, por lo tanto, no se d~bilite hasta sin rayar correspond en á los paros de la máel punto de hervirá 166°-, es decir', mientras quina, ya accidentales· ó ya voluntarios . . . contenga menos de 60 de agua por 100 ·de de vapor. Máquinas sosa: al llegará este punto, la solucjon de MÁQUINAS DE VAPOR FIJAs.-Pa rte histórisosa ya no podrá absorber todo el vapor de ~ . ca.-Una de las más grandes invencione s; escape_ Una vez alcanzado el límite de absor- una de las que mayor influencia han ejercido cion, se vaciará la caldera de agua caliénte, en el desarrollo de la industria' y de la civilillenándola con una nueva solucion ·concen- zacion, es, sin duda alguna, _la máquina de trada y haciendo evaporar la solucion diluí- vapor. Durante muehotiem po, Inglaterra reivindida, para llevarla á su primitivo grado de có ex clusivamen te para sí el honor de haber concentrac ion. De esta clase de calderas se han establecí- descubi~rto el principio y de haber inventado do mµchas para dar movimient o á las má- los órganos más importante s de estos maraquinas de tranvías, habi_é ndose practicado villosos aparatos motores. Sin embargo, el varios experimen tos con ellas, cu:yos resulta- · capitan de fragata Montgery probó, en una ' série de artículos publicados . en 1822 y 1823, dos_genera les son los siguientes:

•

HOGARES · ORDINARIOS DE REJILLA

no ser esto cierto. Posteriormente, el inglés Robert Stuart ha hecho justicia á los verdaderos inv:entm-es del principio deJa máquina de vapor; y Arago, en una célebre I).Ota publicada en el Anuarló del registro de las longitudes para z830, da la preferencia á Papin, diciendo que fué éste el que descubrió el procedimiento para hacer -mover un piston emp-Ieando la <fuerza del.-vapor. .1 Ciertos escritores hacen rembntar hasta Heron, deAlefandría, 120 añosantesdenuestia, era, ·el orígen de las máquinas de vapor. Este filósofo describe, en efecto, en. sus Spiritalia, un eolípilo 'g iratorio, representado en la fig. 1í3: consiste en una.esfera huecá, móvil alrededor de·un diámetro o o'·," que recibe el vapor por el s0porte· hueco e, y el pivote o. Esta esfera,-lleva dos tubos t, t, acodados, situados en un plano perpendicular á oo;; con lo cual gira pór un efe~to d~ reaccion al salir el vapor por los orificios de estos tubos. Para repetir cómodamente esté experimento se ha . , ideado- el aparato . de la .fig. 114: un recipiente .cilíndrico en el cual se haée _hervir agua, gira sobre sí mismo,· mientras el vapor sale por dos tubos _a codados en ~un mismo plan9 horizontal. El vaso está ' sostenido por una punta vertical coh -que termina -el sopor-· te p, y está mantenido en a por un anillo en el cual gira la espiga con que remata. . · En 1615, Sal0mon -ele Caus cita el hecho sigeiente: se toma un globo dé co·b.12e (figura u5), en el cual se introduce un tubo t; se le llena de agua.hasta sus dos terceras partes en alturá y se le calienta. Al cabo de algunos insiantés,. cornprimida el agua por el vapor sale por el tubo t; cuyo 'experimento da la idea de la elevacion del agua por medio del vapor: ' Experimentos de Papln.·' --Acababa de descu,b rirse el barómetro~ Otto de Guericke, practicando experimentos muy ingeniosos por medio de la máquina pneumática, de su reciente invencion, demostró los efectos ex- traordinarios de la presion atmosférica, - lo cual excitó vivamente las imaginaciones por la novedad: "de J.os resultados, y se pretendió inmediatamente sacar -partido d~ la potencia de la presion del aire, á cuyo fin, ejecutó Otto el notable experimento que hemos -descrito al tratar de los terrbcarriles .atmosférico•s (fi_gu-

ra 152~~el Libro IV). Repetido el mismo ex.,. perimento por Papin, buscó este célebre físico los medios de producir el vacío con la mayor economia posible, haciendo mover primeramente, por medio del viento ó de una caida de agua,las máquinas pneumátic'a s que,por unos largos tubos, poni \ en comunicacion con un cuerpo de bomba par:a que se produjese el vacío del piston. Ensayó luego, como ya lo había hecho Huyghens, quema-r pólvora .debajo del piston, el cual volvia luego á su sitio ,primi:, fivo, por -efec.t o de la presion atmosférica·; al contraerse los gases una vez enfriados; pero siempre obtuvo con ello efectos jnsignificán\ tes. Desde entonces arranca la idea de llenar el cuerpo de bomba con el vapor, cdndensándolo luego por el fria. ..Para ello, tomó Papin un .c ilindro cerrado por su parte-inferior, que contenia µn poc9 de agua, é introdujo un_pistonen él(fig .. II6); el aire salió por un }l)equeño orificio que tapó luego con una espiga o. Habiendo prendido fuego debajo .del cilindro, el agua contenida en él entró en ebullidon, y el vapor producido levantó el piston hasta· la boc·a del cuytpode I?omba, en donde se le fijó eon-11na cla~ vija de rpuelle r. Qu_itado el fuego, principió á condensarse el vapor, debido al entriamient9 lento que experimentaba, y, una. vez quitadl;l la clavija, el piston fué bajando'por efecto, di/ la pres ion atmosférica. Vuelto á colocar el fuego debajo, volvió nuevamente á .subir e¡ piston para volver á bajar cuando · volvía 4 condensarse el vapo-r. -. •· · En 1707 construyó Papin una máquina i:on:cebida con arreglo á un principio. algo dife.,. rente del que acabamos de describir, aplicándola á un barco provisto de ruedas. de p¡aletas. Habiéndose embarcado en . Cassel, sobre el Fulda, ~llegó á Munden, ciudad 4~ Hannover, con, objeto de pasar de allí al Weser y trasladarse por fin á Inglaterra; donde hubierª experimentado y dado á conocer su máquina de vapor. Pero los barqueros del Wes~r1se opusieron á _su.entrada en el rio, y , no sa-tisfechos con esto, !levaron su barbarie hasta el punto de destrozarle completamente su barco. Desde aquel momento el desventurado Papin, falto de recursos y sin asilo, arrastró una ' existencia de privac;iones· y amarguras, sumi,'do ~n la ~iseria . y e! a-b andqµq. Ni siquJ_era

FÍSICA INDUSTRIAL- -· 84 se saben 'cori exaétitud cuáles fueron eJ:- año y dida de vapor, provenient e de la condensa.. el lugar en que dejó de existir ese hombre tan cion de las primeFas cantidades ,·q~e ejercen: ilustre como desgraciad o, cuya memoria será presion en el agua fria, cuyas pérdidas atenuó posterio1:mente Papin por medio de un flotaeterna. . Máquina de Savery.-P arecian olvidados dor en forma de caja, ·cuya superficie supelos ensayos de Papin, antes de que éste c<;>ns- rior, separada del agua, conservab a en gran truyese su buque vapor, cuando el capitan parte el calórico que le comunicab a e} vapor , / Savery, en r698, construyó la máquina para al intt10ducirse por primera vez. Máquina átmos/éri ca.-La máqu-ina de Saelevar el agua, que lleva su nombre, y á la no podia de nirigun modo elevar el agua very ion cual aplica el principio de la condensac del vapor para producir ~1 vacío. EL vapor_se á grande altura, lo cual d•e pendia de Ja ten-" forma en dos calderas (fig. II 7) que comuni:. sion del vapor, que, para el caso del perforad.o can entre sí, y pasa por los tubos T, T', á los de las fninas, debía ser enorme; ,y esta· fué la depósitos· V; V', cuya parte inferior comuni- causa de emplearla sólo en los jardines para ca á su vez con dos tubos, r' s', r s, provistos subir el agua á pocas alturas. La cuestion del agotamien to de'- las minas . de válvulas. La parte superior de estos tubos medio del vapor distaba mucho de quepor termina en un tubo de subida N, y la parte inférior en un tubo de aspiracion que sumerge dar resuelta con está. máquiná, hasta que un en el agua que setrata de elevar. La palan- simple artesano de Dartmouth , Newcomen , ca e sirve para abrir ó cernir alternativa mente tuvo la .idea de emplear bo~bas ordinarias, los tubos• T T', por medio de una c0mpuer- poniéndola s en movimien to por medio ·del fa o, representa da aparte en 5'' o o'. S~ponga-- sistema de piston de Papin. Asociado con otro mosque el, tubo T esté abierto, y el tubo T' industrial, Cawley, y con Savery tambien, , cerrado; el vapor se introduce en el depósito que poseia un privilegio para la producdon _ V, se condensa en él, calentándo lo, y, levan- ,del vacío pOJ'. la condensac ion de_l _yapor, tando la válvula r, que se abre de abajo arri- construyer on, en 1710,. ía primera máquina ba, sale arrastrando el a.ire que ocupa el deque se empleara con resultado para el agotapósito .- Se cierra luego el tubo T, y se intro- miento del .agua de las minas. Esta máquina, conocida wn el nombre de duce agua fria en el depósito V por medio de fa llave e colocada encima; el vapor se con- máquina atmosférica, consiste en un cuerpo densa, se cierra la válvula r, y la presion af- de bomba (fig. u8) provist0 de su ·corresrnosférica hace subir el agua al depósito V pondiente piston P, cuya parte inferior copor el tubo de subida y por la válvulas, que, munica ·c on una caldera C. La espiga del pisse abre entonces. Lleno ya de agua este depó- ton está unida por una cadena á un , balancin ·sito, se hace llegar · nuevamen te vapor á él, BB, cuyo ·o tro extremo sostiene . la espiga · T el cual; ejerciendo presion enel agua, la hace de..la bomba que se trata de mover. Para que -subir por el tubo A. Encontrán dose entonces esta espiga y la del piston P se muevan vervacío de agua el depósito V, y lleno; en cam- ticalménte , las cadenas se arrollan á unos arbfo, de vapor, se cierra el tubo T, se condensa cos B, B, situados en los extremos del balanel vapor por la inyeccion del agua fria que cin. Las dos llaves ·ó válvulas r, r'; sirven sale de la llave e', llenándose así otra vez de - para pon_e r en comunicac iori la parte inferior --agua este' depósito; y así siguiendo. El depó- del cuerpo de bomba, sucesivam ente, con la sito Y' funciona del mismo modo, alternati- caldera y con un depósito R que contiene vamente con el "depósito V. Ei✓ tubo a y fa . agua suministra da por la bomba P, puesta en -llave·R sirven para renovar el agua de la cal- movimient o por la misma máquina. , · Supongam·os abierta la llave r y cerrada dera. S'e vé claramente que el operario que r ·; en este caso., el vapor pasa · por de:1Jajo la pala dirige la máquina sólo tiene que mover !arica · e para hacer pasar alternativa mente el del piston y, por poco que su tension exceda 'vapor á los depósitos V y V ' , colocando la á la presion atmosféric a, el pistan . subirá, -llave e' sobre uno ú otro de estos aepósitos. -contrabala nceándose su peso con la' carga Q colo~ada al otro lado deI-bala:ncin. A.sí que-el i. · Eri la máqúina Savery hay una gran pér1

•

HOGARES ORDINARIOS ' DE REJILLA

piston llega ·a l punto más alto de su trayecto, subir y bajar, hacian mover las válvulas ó se cierra la ¡lave r y se abre la r'; el agua las llaves por medio de palancas acodadas o, c. sale entonces por un gran número de orificios De este modo marchaba la máquina por sí que atraviesan el vapor, condensándolo rápi- · misma, bastando únicamente alimentar el hodamente por su contacto directo con él, veri- gar é introduci.r de cuan<l:o en cuando agua ficándose así el vacío y obligando la presion en la caldera. Condensador de Watt.-El mayor inconatmosférica á que baje el piston con una fuerza que depende de la _e xtension de su superfi- veniente que presenta- la máquina atmosférica cie. Por ejemplo, si el área de esta superficie de Newcomen consiste en la gran pérdida es de un metro cuadrado, y se cte~precia la de vapor que ocasiona, vapor que se contension del vapor que queda, el piston será densa en el cuerpo de bomba enfriad0 por la impelido por una fuerza dé 10,000-kilos, apro- inyecoiondeaguafria. En1763, elescocésJaximadamente, por equivaler la presion atmos- mes Watt, encargado de recomponer una má .. férica á un kilógramo, poco más ó menos, quina Newcomen que formabá parte delgabinete de física de la Universidad de Glasgow, · por centímetro cuadrad0. _ Al principio, el .vapor se condensaba ha- observó con sorpresa el inconveniente de que ciendo pasar una corriente de agua fria por · se trata, que se le ofreció más aparente por la una envolvente exterior al cuerpo de bombá, pequeñez del modeío. Para perfeccionarlo á través de •cuyas paredes el vapor se enfria- imaginó primeramente inyectar muy poca ba con dificultad;mar~hando entonces la má- cantidad de agua al cuerpo de bomba; mas quina con mucha lentitud. O,bservaron en como-entonces esta agua se le calentaba en cierta ocásion los inventores que el piston · exceso_, la tension del vapor que producia bajaba y subia rápidamente, varias veces con- ejercía resistencia á la bajada del piston. Vissecutivas, ~in que estuviese abierta _la llave r', to esto, modificó .su idea y operó la condendebido á que el agua que se vertia sobre el sacion fuera del cuerpo de bomba, en -u n repiston, para impedir la entrada del aire por cipiente •separado que llamó condensador, .el las uniones, pasaba por una.._hendidura acci- cual comunicaba con este cuerpo de bomba dental del piston. En su consecuencia, idearon en el instante de producirse el vacío. El.agua promover la condensacion del va por por el inyect-ada y el aire que arrastraba consigo en Gontacto directo del agua, lanzándola en forma el vacío se aspiraban continuamente con una de lluvia al cuerpo de bomba, con lo eual se bomba llamada bomba de aire, movida por la le eR,friaba mucho menos y obtenían una gran misma máquina. Es evidente que con ello hay ecoriomia de vapor ·y, por consiguiente, de un consumo de fuerza, y, por consiguiente, pérdida de vapor; pero, siempre esta pérdida combustible. El agua que se introducía en el cuerpo de es mucho menor que la que se evita empleanbomba la evacuaban de tiemp() en tiempo do el condensador. Como el cuerpo de bomba se conserva por la llave S'. La llave S sirve para renovar la que debía encontrarse siempre sobre el siempre caliente, las primeras cantidades de piston, por no conocerse aún ~utonces el arte vapor que penetrin en él funcionan sin exde construir los cuerpos de bomba perfecta- . perimentar condensacion;- pero-quedan aún, á pesar de esto, otros inconvenientes: el agua mente cilíndricos. El manejo de las llaves r y r' estaba conde la parte superior del piston, ar derramarse fiado á un operario, cuando, en cierto día, enpor las uniones, se convierte en vapor y recargado ·un niño de esta mision, tuvo la idea tarda la formacion del vacío, además de que, de sujetar á las palancas de las llaves r; r' el aire que baja al cuerpo de bomba arrastra: unos cordeles, que unió por el otro extremo al do por el piston enfria las paredes interiores, balancín, de suerte que, al subir y bajar éste, ocasionando una pérdida de vapor al subir abría y cerraba estas llaves. Este invento se aquel. Para evitar todos estos fo.convenienperfecciofló despues por el ingeniero Beigh- tes, probó Watt de , cerrar la parte superior ton, quien fijó al balancín B B una barra t, lla- del cuerpo de bomba con una tapa con aber- · mada plug/rame, ,prqvista de clavijas, que, al tura central, provista de caja de ·estopas, que

* .

.,. FÍSI€A _IND.USTRoIAL

atraviesa la espiga ,9 vás~ag.0 del piston, y dos cerradas. El ivap0r pasa•poqmcima del sustituir 1a presion atmosférica . con lal del piston .obligándoJe á bajar, mientras •que el vapor que se introduce por encima del pis- aire ó el vapor que se encuentrr-debajo pasa ton. Para dar movimiento á la máquina se por la llaves' al condensador r;, del cual la · hace entrar primeramente el vapor por am- bomba de aire p aspira con,tínuamente_el aire bos lados del piston; que, sube entonces, debi- y el agua. Al llegar el pistan al ter.mino infodo al contrapeso colocado al extremo opuesto rior de Sll carrera, se abren las llaves r', s y clel ba-lancin, y se hace- comunicar luego la se cier:ran las otras dos. El vapor pasa -entonparte inferior del cuerpo de bomba con el con-; ces por d~bajo del pistan obligándole á subir. densador. Por último, para que no haya en- mientras que el ·que ocupa la parte superior friamiento exterior del cuerpo de bomba, hace del cuerpo de bomba se precipita al conden>J t . -, . circular Watt el vapor por el.espacio com- sadqr por la llav.e r ' .' Paralelógramo de Watt.- El· balaricin .á prendido entre su supérficie y .una env.olvente ó camisa que le circuye completamente. ·, , g.ue está fijo el vástago del.pistón está impeMáquina de simple efecto.- Dispuesta _así lido de abajo arriba al subir aquel, de suert~ la máquina, se produce su movimiento exclu- que, para conservar el ,movimiento rectiLíneo sivamente por el vapor, sin necesitar p:ara · de ,d icho. v-ástagb ya no es posible.emplear .canada la presion atmosférica. Se · la llama -d-<r denas arr.bUadas á los arc0s extremos de idisimple e/ecto por cuanto el vapo( impele al cho balancin, como en la fig. 94. Primerapiston sólo por un lado, durante su descenso. mente se tuvo la idea de emplear cremallera~ Con est0s perfeccionamientos pudo adop ... como ,en .la· máquina pneumática, pero Watt tarse la máquina de vapor en los talleres y en ·imaginó.una disp0sicioll' más ingeniosa, cuyo .-r ·, : ias fábr{cas, puesto que, con el empleo del principio ,es el siguiente: ..i.. . ey Od, iguales palancas. dos Supongamos condensador economizaba ya los dos. tercios del comb.u stible que antes necesitaba. Péro, (fig. 120} <myos puntos de apoyo se encuE1n!-,, á pesar de ésta inmensa ventaja, tuv@ que lu- tran en O y e, ,estrondo unidas· por. una. barra _ char Watt mucho tiempo antes que se adop- articulada y d. 'Los extrf),mos dé y describen arcos de 'círculo dd/, yy', de rriodo ' que,· la taran sus aparatos. • Máquina _de doble e/ecto.-En la máquina· palanca dy pasará de la posicion dy á d' y'¡ d-e simple efecto los dos movimientos opues- y así, su punto · medio e se moverá sensibletos del piston se efectúan con velocidades mente segun una .línea recta, que es ' VerdaL desiguales, por recibir el piston la impulsion deramente lo que se verifica, puesto que, la del vapor -s ólo en su movimiento de bajada. curva descrita por el punto e presenta un punEsta cii:_cunstancia, que no presenta ningun to de inflexion cerca del cual la .carvatura es inconveniente cuando se trata de dar movi- muy poco pronunciada para que se 1a pueda · miento á las bombas, los presenta muy nota- considerar confundida con -u na línea , recta: bles cuando deban hacerse funcionar aparatos Conociao esto, prolonguemos la palanca G) d que requieran un movimiento regular, como de una cantidad igual da, y supongamos que son las máquinas de hilar, por ejemplo. Con O a sea la mitad ,de uñ balancín de una máeste objeto, propuso Watt, en primer lugar, · quina de vapor. Construyamos, con rectas pa'.colocar un cilindro de piston ~ cada extremo ralelas dos á dos, un paralelógramo a by d~ del balando, que substituyó luego con la má- cuyos á'111gulós estén articulados de modo que quina de doble efecto, en la cual hay un solo pnedan tomar varias formas a bJJ d, a' b' y: di. pistan impelido por el vapor, alternativa- Es fácil observar que, si el punto e sigue una línea recta _e e' ,,el punto b describid una recta mente en ambos sentidos. En la máquina de doble efecto (fig. I 19) los paralela á ce', por cuahto, los puntos O, e, b, dos extremos del cuerpo de bomba pueden se encuentran enlínearecta; y 1 como a b= dy comunicar, ya con la caldera C, ya con el cones doble de de, así como tambien O a es dodensador e, por medio de las llaves r, s, r', bl~ de O d, se tiene O e ,: G b = O d : O a ; Od'Oa'; de .donde Oc: O b.=· · s'. Supongamos primeramente que sean las • Oc': O b'. recta e e' es, ,p ues, pa¡:ale_la á la ta _ · b'. O .: e' O ll~ves r _y s' las qµe estén -abiertas, y las otras

HOGARES ORDINA1UOS DE REJiltA

que une los puntcis by b'. Como realmente senta otra disposicion, debida igualmente á esto es lo qu,e se verifica, sea cual fuere la ex- Watt. El vapor pasa por v y se introduce al. tension del desplazamiento e e' ó b b', se vé rededor de un cilindro que se halla en-·comuque, si e e' es una línea recta, lo será tambien nicacion con los extremos del cuerpo de el trayecto recorrido por el punto b, que .es bomba, el cual contiene dos pistones p,p, en donde está articulado el vástago del pis- unidos entre sí ·por una espiga que sale al tan . En el punto .e está fijo el vástago de la exterior atravesando una caja de estopas. La bomba de;aire :: abertura o comunica con el condensador. . Hemos s.upuesto que la, lÓngitud O a .. era Cuando los pistones p, p, se hallan en ·1a ·posicion que representa la figura, el vapor que doble de .OJd,. y :ey -igual á-O d. Distribucion ·del vapor.-La máquina por-- pasa por v penetra en la parte superior del sí misma-. está encargáda de hacer pasar el cuerpo de bomba, mientras que la parfe infevapor á ,u no ú otro lado del piston y llevar- rior se pone en comunicacion con el cond·en-lo al condensador, ,por cuyo motivo, los apa- sador. Lo contrario se verifica cuando los pisratos que á este efecto se destinan, en susti- tones p, p están colocados en la posicion r, r: · Estos pistones p,p, se sustituyen á veces tucion de .las llaves r, r', s, s' de la fig. ·95, constituyen la llai:nada distribucion: la - hay eón uná pieza hueca m n (fig. 123) llamada caja, alrededor de la cual circula el vapor de varias clases. Válvulas. de · distribucion. - Watt adoptó que entta por v. Las partes extremas de esta primeramente un siste·ma de válvulas con pieza comunican con el cuerpo de bomba, y visagra, dispuestas como representa la figu- su seccion, representada ert a, afecta la forma ra 121: á las partes su períot é inferior del cuer- de un semicín;ulo cuya parte plana, reprepo de bomba están unidas dos cajas so s' o', sentada en M, se aplica exactamente á_ una . de doble abertura, que -contienen dos válvu- superficie bien plana, 'en la cual se establece las cónicas .cada una de ·ellas. Las aberturas la coinunicacion con el extremo e o' e' del inferiores o, o'- comunican con ·el condensa- cuerpo de bomba. La parte curva dorsal resdor, y las otras dos ó superiores con la cal- bala por ún revestimiento de estopa i, i, I, I , dera. La espiga de la válvula superior de cada que la rodea. El extremo n del espacio semitaja es un tubo por-el cual·pasa 1a espiga de cilíndrico A, que contiene la· caja, comunica la válvula inferior. Estas dos espigas salen al con el condensador. En la disposicion que presenta la figura, el exte.r ior á través de- uña caja de estopas, y están fijas por travesaños horizontales á dos vapor pasa á la parte inferior del cuerpo de vástagos verticales l, t, d~ modo que una de_ bomba, mientras que .la parte superior comulas válvulas superiores esté fija al mismo vás- nica con el condensador por dentro d~ la tago de una de las válvulas ihferiores. Estos caja de distribucion, cuya seccion recta se ve vástagos se mueven de a"bajo arriba ó de aren a. En la-posicion x x de la caja, se verifica riba abajo por medio de un sistema de P!ug- completamente lo contrario, bajando entonfr.ame, -· análogo al que ya •hemos descrito ces el pis ton. Este sistema recibe á veces el nombre de anteriormente.' Cuando ías válvulas están c0lotadas como representa la figura, el vapor válvula ó caja en D, á causa de la forma de penetra en fa parte superior del cuerpo de la seccion- transversal. El inconveniente que bomba, cuya parte inferior comunica con el presenta, muy importante por cierto, consiseondensador por la ábertura o'. Si se hace te en que, no produciéndose una dilatacion subir el vástago t y bajªr el b, las válvulas regular de la caja, á causa de su falta de hos'y r', que se encontraban :abiertas, se cier- mogeneidad, se deforma algun tanto y hace ran al mismo tiempo, abriéndose entonces las que sea· tan sólo una de las superficies planas· otras dos aberturas, y pasa el vapor por dela que se aplica exact-amente, permitiendo la bajo del piston, poniéndose en comunicacion · otra que escape el vapor. Esto se evita farla parte superior del cuerpo de bomba con el . mando la caja con dos piezas. · Caja de distribucion, de pechina.-Esta capor la abertura o. condensador ./. . · Cajas de distribucion.-La fig. 122, repre- ¡ j_a, ideada en 1801 por Murray de Leeds, está

. 1

FÍSICA INDUSTRIAL 88 formada por un prisma rectangular (fig. 124)~ culada con una palanca acodada, cuyo eje está ahueqi.do por un lado, cuya seccion transver.- en c. Esta palanca acciona por medio dd brazo sal se ve ert T. Esta pieza resbala por el fn.,. c b, sobre la espiga t de la caja que se trata de · terior de una caja de vapor a e, en la cual pe- mover, ó sobre el punto l (fig. 101) de la llave netra éste por el tubo v: La parte hueca de la el e cuatro pasos, de modo que se producen caja se aplica exactamente á una superficie desplazamie'n tos alternativos que concuerdan bien plana, en donde se han practicado tres con los movimientos del pisten. . Inversion del vapor.-Existen máquinas, aberturas, que, comunicart, una o', o' con el son las de los. buques de vapor, en las como inpartes las con dos condensador, y las otras feriar y superior del cuerpo de bomba. En la cuales es indispensable poder hacer girar el posiciot;1 t de la caja, pasa el vapor por enci- ,árbol en uno ó en otro senJiclo, á cuya operama del pisten, y la parte inferior del cuerpo cion se da el nom1xe de inversi<m del vaporó de bomba comunica con el condensador por contra vapor. Para ello debe modificarse la cavidad practicada en la caja y por la aber- b1=uscamente la posicion. de la llave ó de lá tura o. Lo contrario se verifica en la posicion caja, lo cual se obtiene moviendo una manit', Se imprime ·el movimiento á la caja por la vela con que termina t!l' brazo t de la palanca acodada a o t (fig. 125), haciendo de modo espiga t, que atraviesa una caja de estopas. · La caja de pechina constituye uno de los que el excéntrico e hqga mover la espiga l t mejores distribuidores; pero, como el vapor la en sentido opuesto. Esto se consigue cogiendo comprime contra la superficie sobre que res- con el boten r el extremo a de la espiga e a, bala, con una fuerza proporcional á su exten- para que obre sobre el brazo de palanca ro, y, sion, se verifica un roce extraordinario en ios por consiguienJe, dar á la espiga t l un movimiento inverso del que tenia, en las mismas aparatos de grandes dimensiones. Llave de cuatro vías ó pasos. - Tam bien se posiciones del exééntrico, cuan00 la - espiga emplea la llave de cuatro pasos, de Papin. En obraba en el braze de palanca a o. Descripcion de la máquina de Watt.-Con la posicion l (fig. 125), el vapor que entra por v pasa por debajo del pisten por el conducto i, los detalles que preceden será fácil ciarse cuenmientras que la parte superior del cuerpo de ta del conjunto de la .máquina Watt de do- · bomba comunica por la abertura c con el con- ble efecto (fig. 126). El cuerpo de bomba P dens.a dor. Lo contrario se verifica en la posi- recibe el vapor por el tubo V, que lo conducion t' -de la llave. Esta llave de Papin sólo ce primero á la caja de distribucion b V. La espiga dél pisten está articulada, por medio se emplea, en las máquinas pequeñas. paralelógramo IX ~ y, al extremo del badel cuade llaves las y cajas Excéntrt'co.-Las tro pasos son movidas por la misma máquina; lancin IX 1X palanca enorme, ordinariamente generalJilente por el siguiente medio: En las de fundicion, móvil sobre dos muñones que :i;náquinas de doble efecto, el movimiento de lleva en su punto medio. El otro extremo IX oscilacion del balancín se transforma en model balancin está articulado á una biela B, vimiento de rotacion, imprimido á un árbol articulada á su vez por su otro extr~mo á un horizontal provisto de volante. Este árbol O manubrio m, fijo al árbol del volante F F, de (figura 124), lleva un excéntrico, que no es más suerte que el movimiento de. oscilacion ·que que una pelea perpendicular al árbol, pero recibe la biela se transforma en movimiento / cuyo centro se eleva fuera del eje de dicho ár- de rotacion. La longitud del manúbrio debe bol, de modo que no gira sobre su propio ser igual á la mitad de la carrera del pistan, centro. En r y r' se ven dos posiciones del cuando los dos brazos de palanca son iguales, excéntrico, diametralmente opuestas. El -ex- lo cual acontece casi siempr~ El volante F F céntrico está rodeado por un anillo, unido á sirve para regular los movimientos y, al proun sistema de vástagos n r, que, gira alrep.e- pío tiempo, franquear con su velocidad los dor de éste, con lo cual el punto n adquiere · llamados puntos mue1·tos, que corresponden un movimiento de vaiven que le aproxima á las posiciones que toma . la biela en línea y aleja sucesivamente del punto O á cada· recta con el manúbrio. La espiga T, unida al anillo que rodea el vuelta del excéntrico. El extremo n está a1·ti1

HOGARES ORD1N.A1HOS BE; REJ!LlA

excentrk0--adáptado .lil árbol, da movimiento Segun. sea rn~s. Ó)P~nos· rá1-:id9 .~l movimie_n _-:·á la caja de. distribudon por medio de- una to intermitente conrnnfcado por. la máquina palanca acodada que. obra sobre la espiga de á la tabla inf~rior del fuelle, la tapla supeesta ·c aja. C es· el condensador, en el cual se rior subirá má$ _ó menos y hará _m over la · gradúa fa entrada del agua de inyeccion por llave del :tubo V. E ALTA ~RE$ION.-En j7q9, ~dMAQUlNAS o_ medio -de la llave rr, _cuya agua sale de un depósito alimentado por la bomba Q, movida quirió ,vatt privilegio para la. constr1,1~ciqn po6 el. balancin . . A, ·.es la bomba de aire; el de máquinas en l.as cuales no se condensase ei agua calieNte que extrae del condensador C vapor despues de haber produci4o su et:ecto, sale al exterior •por un tubo· e; una parte d·e y saliese directamente . á la · atmósfera. ,Est~ ella es . aspirada,• á través del tubo t, por la sistema lo ha bia ya indicado Papin, y_ de~cri 7 -bomba -de alimentación p, que la hace afluir to su principio Leupolo.,. ~n I7.2A-• E_n este caso á la caldera. en sustitucion del agua. que se·va el ·pistan experimenta u.m~ . re.~istencia igual _* transformando en ;v_a por.. Esta bomba .e's orla presion atmo~térica, ,y el vapor que lo impe;dinariame:µte de pistonsumergido, siendo sus le .debe poseer llna presion notabl~mer_1te Sll:; perioi; á la de la atmósfera. Est~ máquin~ re_-:válvulas simples esferas metálicas. .· Moderador ó .regulador de /uer 1a centrí- cib~ el nombre de máquina de alta presi~n,: fuga.-Para que la. velocidad de una máquina así, pues, serán rnáquinas de bq,ja pre_sío1f sea regulará pesar de la · variabilidad de re- aquellas en las cuales la tension del yapor de .sistencia que deha vencer, imaginó Watt vala,. caldera es m~nor de 2 atmósfei;as, en cuy_0 riar la cantidad. .d e . .vapor que penetra en la caso debe ha.ber condens;:i.dor. Lás máquhr.as de alta presion. sin condensa_cajade distriJ:mcion, de tal'modo, que ·tuese me_nor al acelerarse 1a· velo~idad, para lo.cual, cion fuew~1 co:1struida$ por prime~a vez po_r emplea ·el péndulo . cónico; utilizado ya para Olivier Evao:s. No soo. tan c9mplicad~s-cpm9 g.raduar·.1a posicion de las compuertas de los las .d~ b_a ja presio11; hay de menos en ellas el reteptores.hidráúlicos. Este aparato;r.epresen- condensador, así corno tarpbien la bon.iba d~ tado en R ·(fig. 126)., _consiste en dos bolas ~ire y la de alimentacion, y las espjgas, lla~uy pesadas suspendidas por dos barras ar- ves, tubos, etc., que dep~nden de _e stos apaticufadas ,á un árboLvertical o o. · Las cuatro ratos. Además, las máquinas de alt::~ presi9i;i barras fon;nan así _un ·rombo de ángulos v.a- ocupan menos espacie; no son -tan ·costosas; á ria bles. El árbol o o recibe del volante un ·mo- igualdad de fuerza consumen. m~nos corµ: Yiiniento :de . rotacion sobre sí mismo, por bustible, y no necesitan la gran canJic;lad d_~ medio .de 1á cuerda· sin fin e y del engrana- agua indispensable á la condensacion. Si se je s. Cuando la velocidad_ de la máquina, y, les añade ut1 condensador, sólo ab?01:ber1 una por consiguiente, la del ·aparato R, aumenta, atmósfera.de presion. ]:loy dia $e dá general--:las bolas se separan, ,subiendo entonces el mente al vapor una .t~nsion que va1:ía entre .. anillo a, el cual baja cuando la velocidad 3 y IO atmósferas. FIJAS._- La MÁQUINAS DE TIPQS D¡FERENTES dismin'uy.e. , Este:.anillo lleva una ranura donde, roza suavemepte una ~orquüla cc;m que máquina Watt,•con .- ~o~~ensacion, _tiene un termina la palanca l n; de suerte que, el bra~o. . . peso enorme y ocupa mucho espacio: Corn(? a .n ·sube y baja obligado por el aniJ:lo a. El el balancín y e:l soporte . qq~ \o __sos~i~µ~ otrn ·br.azo aGciona, _por medio .de una espig~ tienen · una instalacion mqy <::Omplicada, se x, s.ob.re una llave sifoaüa en .. el tubo de e-I l- buscaron desde .un principio disposidon~~ trada V, que ,iri.teircepta tanto más el _pasó_del más se11ciUa$.,_lo cual . dió _lugar: á uc11 s(nnú_:;vapor .o uanto·'más rápido , sea. el m_ovimient~ mer.o . d~ .mode_lqs_.-_distintos. de máquinas, el.€ vapor. Siendo muy difícil y ' además _inJtg . de ;la -máquina. _,, íJ•JTambien ,se _emplea con .el mismo .objeto dar u11a re$efia Ó-~ ell?-s, 9-b;:;ervq.reI!,1os ~ipiel•4fe.gúlador Molínié, ·. que _consiste en u.ria · plem.ente que todas· _l.as :1;ná'q .1Jinas:., fijas, t:rn especie de fuelle cilíndric0 .vert.i dal, .d_ispue~to · di~tintas eJY det.a lles, p_oede_:n, n~dufjrse á _suatro cot:no el qu_e se emplea en acústica ,para . d..er ; tip~s princjpa\es: _L a máquina VVa/t, Y.ª det: mostrar . .los movimientos ·d~l aire, (fig ,; .:¡:~-7)-, c-r jt~;. la ~mfi,qµ;inq,__M,1:r1'!4sfay,, __l~.,'-m.~quf!:fl- ,de FÍSICA IND.

T. 11.-12

FiSICA INDUSTRIAL

cilindro oscilante, y las máquinas rotativas, las cuales difieren principalmente en el m9do como se transmite el movimiento al volante. Sistema Mandslay.-La fig: 128 represei;ita una máquina de este sistema, sin condensacion. Ces el cuerpo de bomba; la espiga del piston está guiada por dos patines, fijos á los extremos de un travesaño t colocado en la parte superior, que resbalan en dos guias fijas c, c', paralelas á la espiga. Las dos bielas c n, ·c' n, articuladas á los extremos del travesaño t, dan movimiento á dos manivelas iguales y paralelas n, n, situadas en el árbol de_l volante O. El vapor entra por el tubo V á la caja de distribucion, que se mueve p~r el excéntrico e, la palanca acodada o y el travesaño r, al que está unida la espiga de dicha caja: i es la bomba alimenticia, movida por el excéntrico e, que, por medio de la biela b, hace oscilar una palanca de t¡;rcer género, · no presentada en la figura, y cuyo extremo opuesto al punto de apoyo acciqna en las . dos bielas c. El regulador R recibe ~u movimiento del árbol del volante, por µiedio de una cuerda sin fin que pasa por dos poleas de re. torno B. El anillo a levanta más ó menos la espiga de horquilla a a, cuyo extremo inferior obra en la llave colocada en el conducto de vapor V. Este sistema es muy elygante y sencillo siendo horizpntal el cuerpo de bomba y hallándose la biela en la prolongacion de la espiga del piston, segun representa en la figura 129. P es el cuerpo de bomba; el extremo de la espiga_ a del piston está · guiado por el patin c o, que resbala suavemente entre dos guias fijas n, estando articulada aquella con la biela B unida al manubrio m del volante. ÜTRO TIPO DE MÁQUINA DE VAPOR, DE DOBLE EFECTo.-Hemos dicho ya que se llaman máquinas de doble efecto aquellas en las cuales el vapor obra alternativamente por enci~a y por debajo del piston, para imprimirle un movimiento rectilíneo alternativo·, que, se transforma luego en movimiento ct'rcular continuo. La fig. 130, representa el conjunto de una máquina de vapor de doble efecto, y las figuras 13 r y 132, una seccion vertical del cilindro y de la distribucion del vapor. · Descripcion del conjunto.-Cilindro, pis-

ton y caja.-A la derecha se encuentra el cilindro p, en el cual penetra el vapor que sale del generador por un tubo x. ·En este cilindro se encuentra el piston T (fig. 132), sobre el cual obra alternativamente el vapor de arriba abajo y de abajo arriba, debido á la caja de distribucion. Biela, manubrio y árbol del volante.-Participando de este doble movimiento, la espiga A del piston lo transmite á la pieza B, llamada biela, uno de cuyos extremos se articula al de la espiga A del piston, y el otro al manubrio M. Debido al doble movimiento de subida y bajada de la biela, el manubrio recibe un movimiento circular continuo, que, transmite al árbol D. Correa sin fin.-En el otro extremo, lleva este árbol una polea G, por la cual pasa una cor-rea sin fin X Y, la cual, arrastrada por aquella, transmite á distancia el movimiento. á las máquinas trabajadoras, de todas clases. Polea loca.--Al lado de la polea G se ~encuentra otra que .no e·stá fija al árbol, por cuyo motivo se denomina loca ó de paro, la cual sirve para que cese el movimiento de las máquinas trabajadoras, sin que por elló cese el dé la máquina motriz ó. de vapor. A este efecto, existe una horquilla de hierro, que no está representada, por entre cuyos brázos pasa la ·correa, de una polea á la otra, motivando el trabajo ó el paro. Volante.-En el árbol principal está fija otra gran rueda V, llamada volante, de fundicion y de gran peso, necesaria para regularizar el movimiento de la máquina, ya por efecto de inercia, como tambien en virtud de la velocidad adquirida. Esta máquina es, como la anterior, del sistema Mándslay, pero más perfeccionada que .aquella. MÁQUINAS DE CILINDROS OSC[LANTES.-Para poder unir directamente 1a espiga del píston con el manubrio del árbol del volante, es preciso que el cuerpo de bomba oscile en un plano perpendicular á este árbol, en cuyQ caso, dicho cuerpo de bomba está sostenido por dos muñones laterales, que, apoyan en unas columnas no representadas en la fig. 107. La espiga del piston obra directamente en el . manúbrio m guiada por galetes ó patines, que resbalan en las guias c, c', fijas á la envol-

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

vente del cuerpo de bomba.· El vapor pene-' tra por uno de los muñones, en el cual se intraduce el extremo de un tubo que comunica con la caldera de vapor. La _distribucion se practica de varios modos. En los aparatos pequeños se emplea generalcnente una especie de llaves de cuatro pasos, cuyo cuerpo está formado por el extremo del muñon, que, afecta una forma cónica, estando introducido en una cápsula fija, en la cual gira alternativamente durante las osciladones del c~erpo de bomba. En los aparatos de grandes dimensiones se emplean cajás movidas por varios procedímientos. Por ejemplo: el excéntrico e (figura 133) hace subir y bajar una biela b, guiada en n, que lleva un -patín a, en forma de arco de círculo, cuyo centro se encuentra en o. La palanca l, que acciona en la caja, lleva un boton que se introduce en el patín. Con el movimiento alternativo de _subida y bajada, recibe la caja un movimiento de vaiven, de suerte que el vapor penetra en la caja de distribucion por uno de los muñones y sale por el otro. MAQUINAS ROTATivAs.-Para evitar la pérdida de trabajo producido por el cambio del movimiento alternativo en movimiento de rotacion, se han construido pequeñas máquinas, en las cuales el vapor imprime directamente un movimiento de rotacion á un árbol. Los primeros ensayos los practicó Watt, y ·posteriormente otros inventores se han encargado de dar solucion práctica á este problema. Pequer fué el primero que construyó una máquina rotativa para la industria. La máquina de disco, de Bishop y Renie, se aplicó ~ualmente en Rusia para embarcaciones pequeñas. Como ejemplo de aparato de rotacion directa describiremos la máquina americana de Berhn, que, consiste en un doble tambor con mia cavidad única, cuya seccion recta está representada en la fig. 134. El vapor entra en ell¡i por el tubo v y sale por D. En el eje de caqa tambor gira otro eje o, o', uno de los cuales sirve de árbol motor. Estos dos árboles salen atravesando una de las bases, y están unidos entre sí, al exterior, por ruedas den-tadas iguales, de suerte que giran mútuamente ~n sentido inverso. En estos árboles se en!

9I .

cuentran unos sectores cilíndricos s, s', cuyas superficies co1i.vexas y sus bases están cerca ·de las parede~ de · los tambores; así el vapor que pasa por estos espacios sirve de engrase, como en la máquina pneumática de pistan libre. En la posicion de la figura, el vapor impele al sector s en sentido de la flecha, y afecta, al cabo de me0ia vuelta, la posicion simétrica á la que presenta el sector s'; posicion que ciertamente no ha conservado éste, puesto que, debido al movimiento del engranaje exterior, ha dado tambien media vuelta y colocado en la posicion simétrica á la que en la figura presenta el sector s; de modo que el vapor impele á este sector s' en sentido de la flechas', y así siguiendo. De la expansion.-Por la tendencia que tiene el piston en acelerar su velocidad, produce una sa~udida en el instante en que deba cambiar de direccion su movimiento, por cuyo motivo, imaginó Watt no permitir la entrada del vapor más que durante una parte cte la carrera del piston. El vapor introducido obra de un modo inmediato pO.f su fuerza de empuje ó de expansion, con una energ~a decreciente, y su volúmen aumenta siguiendo casi la ley de Mariotte. Independientemente de la regularidad del movimiento obtenido por este medio, existe asimismo una economía de vapor, y, por consiguiente, de combustible; cuya economia, si bien resulta, en parte, en detrimento del trabajo producido, nunca es proporcional á la economia de vapor. Por ejemplo: si sólo entra el vapor durante 1 : n de la carrera del pistan, producirá primeramente 1 : n del trabajo que se efectuada si el vapor entrase ·durante toda la carrera, y así se consumen n veces menos de vapor; pero se gana luego to00 el trabajo efectuado por la expansion. Modo de producir la expanst'on.-Para ello se emplea á veces una válvula, colocada en el tubo de entrada del vapor, que, se cierra por el movimiento de un excéntrico, despues de haber recorrido el piston cierta parte de su carrera; ó bien se emplea una segunda caja, colocada en el mismo espacio que la primera ó en otro que se halla encima: esta segunda caja deja pasar ó intercepta el vapor que pasa á la anterior. Tambien puede emplea~se una

, . .

FÍSICA i-N-ñ'OstRIAL . · .

sola· caja aé 'carácol, qu·e-, · ·se haée m6ver por inedio -' de un 'excéntrico cuya · curvatui·a esté calculada de modo que impela la·caja con-velocidades variables. · · Expansion C!apeyron. -Gla pey1;on '.h a conseguido graduar la expansion con una ' sola caja, empleando parn ello ún: e·x céntrico circular. La caja (tig. 135) lleva dos placas a, b, susceptibies 'de conservar cerradas las aberturas ·por donde Uega el vapor, durante mi tiempb má.s ó ' menos largo: de este modo, la comunicacion e, por ejemplo, permaneté cerrada mientras e' comunica con el cóndens·a dor por la abertura o, que, · es muy aii~ha y 'puede ··estar cubierta en parte, sin inconveniente ' alguno, como se ·vé en la figura. En~ torrees la expansion se resuelve sobre él pistan •mientr.as ·subé la ca}a. El moinenfo en que el conducto /se obsfruye depende de la dünension' d'e las placas a y ·b . y dé su di'stancia; y tam bien'de 1a amplitud de los desplazamiei1tbs · ·de la caja. .. Expansion variable.-Es altamente venta·joso el poder variar la extensioi1 de la expansion con respecto á las varias resistencias que oeba vencer la máquina, para lo cual, se em·plean varios medios: ya se utiliia la ampÜtud de los movimientos de una segund·a 'caja, ó 'se modifica el excén'tríco que accio1ia enuna válvula de expansion. Generalmente se hace variar la amplitud del movimiento alternativo de · la caja única de Clapeyrón, por medio de un sistema que permite operar la expánsion aunque se encuentre en marcha la máquina: . t (fig. 13 6) es ' la espiga de la caja, guiada por un anillo a y puesta en niovimien·to por una biela B, provista de un boton b, que, resbala unas guias e e, arti:culada e·n D, y •puesta en relacion con la biela B' del bxéeútrico. · amplitud· de ' los movimientos de la caja depende de la distancia O b, susceptible de modificarse por medio de la espiga -articulada l y de la palanca acodada o, sobre la: cual obra por mediación de la palanca Lm: 'e stá lle0a ·mí pasador n que se iü.troduce en unO! de los dientes .del arco metálico m, conservándose así el boton b á · m1a distancia determfaadá del punto O. ·' fü1 algunas máquinas; la expansion variable se 'gradúa co'ri· e·l regulador de fuerza· céntrí:. -fuga:; que', ,acciona eü -Ta espig.á l> !iaciendo,.la

' entrada · libre aél ·vapor· tanto ·más ~rédúcida cuanto ·mayor sea:la velocidad. · •· · · MÁQUINAS ' PE Wo1F;_.En ·está.: máquiná , sé resuelve la expansio11"en un segun'do - cuerpo de. bomba ,P' separado del primero · .y : mayor que éf (fig. 137). 'La parte inferior a.e uno de los cuerpos de 'bomba comunica con la parte superior del otro, y redprocamente . ·El vapor entra· libremente en el.cuerpo de .bomba P, y, despues ·de habé1: hecho m6ver el pistcin que contiene, pasa al otro cuerpo de bomba·,· en donde comprime por expansion el 'piston P'; que es mayor que P. Las cajas. que se ·mueven· en)os tubos a b, a' b' sirven para: regular la introduccion del vapor . Eii la posicion que representa la figura, las-dos cajas está11 subidas por las espigas t, t; e1 vapor penetra por la abertura o y pasa por encima del pístoh P, comprimiéndolo por su expansion. Duran:. te este tiempo,. fa-parte 'inferior del piston P: comunica con el aire e-xterior,· ó con un con.,. densador, por la abertura e'. Al Uega:t los pistones P, P' al término inferior de su carrera; las espigas t, t' bajan, tomand9 las cajas las posiciones indicadas con líneas de punto's. En~ tonces,· llegando·el vapor á .o, pasa por debajo del piston: P, y ·el que se encuentra encimá, pasa por'debajo del pistan P( para hacerle su" bir poJ.· su expansion, mientras que la parte superior de este último pistan comunica ton el exterior, ó ·con el condensador, por la abertura c. Los pistones P, P'· están fijos al extremo de un mismo balancín por íned:io de un parnlelógramo ártiéulado en -dos puntos s{tuados en una línea recta, que pasa por el eje del balanciri y ·porél ángulo opuest0 del paralelógrarno. · · Las máquinas de Wolf, muy, poco empleadas al principio, lo son mucho lioy dia por la notable economía de ·combustible · que proporcionan. MÁQUINAS DE VAPORES COMBINADOS.-El ca. l :5rico que absorbe el vapor que sale del cuer~ pode bomba se pierde completainenteí ·excepto la pequeña cantidad de ·él qu'e vuelvé á la caldera con el agua de·aHmentacion, enel caso de existir condensador, por cuyo motivo se ha tratado de· ufüizar la mayor · parte pe-, sib1e de este calórico perdido, emrleándolo en vaporizar un líquido muclio m·ás ·. volátil q.ue el agua, como .el eter.; ..eL·c.Zaroforma:, el

HOGARES · ORDHfARIOS · DE' REJILLA

9.3'

sulJuró de cafb0no. ·E n.la máquina de vapo.: · LorienLliJna· máquina más potente,- del mis:. :i;es ·.combinados de Dutrémbley, ·el vapor de mo sisterríá, se estableció igualmente con aguar que sale del cuerpo ·de ·bomba pasa á éxito en el buque ·Galilea. A pesar de- lá un condensador completamente cerrado, atra- gran economía qúe presentan estas máquiv.esado verticalmente· por un sinnúmero de nas de · vapores· combinados, se las emplea tubos aplanados, de cobre; muy próximos muy poco, ·á causa sin dudá de su complica-unos á otro~. La par.t e inferior de _e stos tubos cion : Lo mismo podemos decir de las -máqui"" comunica con un depósito, colocado debajo nas que vamos á tratar.• _ del· condellsador y 1leno· de éter, que, alcanza . MÁQUINAS DE VAPOR RECAtENTÁDó.-En vez determinada altura en los tubos. Este sistema de introducir en un cuerpo · de bomba vapor constituye el aparato .vaporir_ador. Al circu- nuevo á cada: golpe de pistan, se recalienta el lar e:1 vapor dé agua alrededor de los tubos, vapor que ya: ha servido, ·con el objeto de se· condensa y abandona cierta cantidad de aumentar su fuerza expán.siva y volv:erlo á calórico-que ·vaporiza el éter; el vapor de éste introducir en el cuerpo de · bomba. De esta pasa á un .cuerpo de bomba un poco mayor suerte se economiza ·el calórico latente .qúe que el primero é im·p ele un· piston que obta exigiría la form~cion de nueva canti:dad de s0b):e el árbol de la máqu:iila, de suerte, que vapor. Márc Seguin se ocupó, en 1838, ele es• el trabajo del vapor de éter se -suma al del ta cuestion., y Siemens construyó an 'aparato vapor de agua. Al salir el vapor de éter del de 40 caballos de.fuerza, en el cual, despues cuerpo de bomba,· se condensa en unos tubos de impelido el piston, pasa el vapor por dos dispuestos· como los del aparato vaporizador, pequeños cilili.dros ·en donde recibe una cantialtededor ·de lós cuales circula una corriente dad de vapor igual al que· ha perdido, por de· agua fria. Por medio de una bomba impe- medio de un hogar·suplemimtario, cuyo valente s·e impele el éter regenerado al depósito por se introduce nuevamente en el cuerpo de inferior del aparato vaporizador.- En cuanto al bomba. Con esto se ·v J que el mismo vapor Jíq uido proceden.te de la. condensacion del sirve constantemente, bastando tan sólo revapor de agua que circula alrededor d e .este emplazar el que se pierde_. Seg'un el inventor; último apárato·, es· a'.bsorbido por una bomba esta máquina sólo consumiría fa ·s exta parte que lo impele ·á la calderá, con lo cual se de- del combustible necesario áuna máquina or:vuelve á ésta el calórico que no ha· servido <linaria de igual potencia. para vaporizar el éter. TRABAJO DI! LAS MÁQUINAS DE VÁPOR.-1.a De los experimentos verificados en un apa- caütidad de kilográmetros producidos por una rato de esta clase, de la fuerza de 70 caballos, máquina de vapor, en un tiempo ·aado, se instafa<:l,o eh un- buque, ·resulta que la econo- evalúa por-medio del freno de Pro·n y, que se mía de combustible, marc;hando. la _máquina aplica al árbol del volante._ta·unidad qué orcon los dos vapores combinados, es de 70 por dinariamente se adopta es el caballo-vapor, rno de la cantidad consumida cuando el va- empleado por primera vez por Savery, que repor de agua obra por sí sólo en los dos cilin- presenta 75 kilográmetros por segundo: 5 cadros. La perfeccion de las juntas Ó·uniones es ballos (tracción animal) produC?en en 24 horas tal, que, al ponerse en ·movimiento la máquí- el trabajo de 'un caballo-vapor. Tarnbien puena, no se siente apenas el menor olor de éter, de calcularse teóricamente el trabajo del pislo cual desvanece el temor que podría hacer ton, siempre que se conozcan las dimensiones conyebir ¡a inflamabilidad de este· líq urdo. · del cuerpo de bomba · y la tension del -vapor. Cálculo del trabajo delpiston.-SupongaEsto lo demuestra una máquina que durante 15 años ha funcionado en Lyon sin que se mos primeramente· que la máquina niarch~ produjese ·ningun accidente. Por otra parte, á todo · vapór, · es decir, que no haya expanel éter puede sustituirse muy bien por el clo- sion. Llamemos S la superficie del piston; B roformo, cuyo vapor no es inflamable. Una el exces.o de la presion del vapor e)l el cuerpo máquina de 20 caballos, de cloroformo, se ha de bomba, sobre su te_n sion en el- ~ondens~empleado con muy buenos resultad.o s duran-: doró _e n la atmósfera, segun tenga ó no conte cua~ro años en los trabajos del _puerto de . densador la máquina; y l e·l trayecto rec.o rri-

FÍSICA INDUSTRIAL

.do por el piston en un segundo. El trabajo producido en este tiempo será S H l, ó bien, V H, si se representa con V el volúmen ·s l. Si V está representado en decímetros cúbicos, y H en decímetros de agua, el producto V H representará el número de kilográmetros suministrado en un segundo. Para obtener en las máquinas de expansion el trabajo producido durante una carrera de piston, al trabajo efectuado mientras el vapor entre libremente se añadirá el que se verifica durante la expansion. El primero es igual á S l H, llamando l al espacio recorrido á todo vapor por el piston. Si en el eje O x (fig. 138) se toma una longitud O B, que represente el valor de l, y la ordenada B h (igual á la presion) H, el área H l del rectángulo Oh, multiplicada por S, representará el trabajo producido durante el trayecto del espacio l. Para obtener el trabajo de la expansion, supongamos primeramente que el vacío sea completo en el condensador, y sea OA la longitud L del cuerpo de bomba. Dividamos el espacio B A= l', recorrido por el piston durante la expansion, en un número n de partes igual~s B a, a b, be, ... ; supongamos que las presiones del vapor sean constantes mientras el piston recorre cada una de estas partes, y representémoslas con B h, aa', bb', ce', ... Los trabajos producidos en estas divisiones, estarán representados por las áreas de los rectángulos Ba', a b', be', ... , multiplicados por S; y el trabajo de la expansion, al terminar la carrera del piston, por la suma de estas

Hl (1 + log

;

)

siempre que haya condensacion y se suponga resuelto el vacío completo en el condensador. Los logaritmos son Neperianos. Hé aquí el cuadro del trabajo de una masa de vapor, cuando la expansion se produce despues de haber recorrido el piston 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 décimos de su carrera, tomándose el trabajo en pleno vapor por unt"-

daa;

áreas: es decir por el _área B A A' h supont'endon t"nfinito. Para obtener las presiones a a', b b', e e', supongamos que el vapor se dilate segun la ley de Mariotte, y sea y la presion para una distancia O a al punto O igual á x; se tendrá, en este caso, .

xy= OBXBh=lH, de cuya ecuacion se deducirá el valor de y. Esta expresion es tambien la ecuacion de la curva h A'. Se vé, pues, que esta curva es una hipérbole equilátera referida á sus asíntotas O x y O y. Bastará, por lo tanto, para calcular el trabajo correspondiente á una carrera de piston en las máquinas de condensact"on, añadir al rectángulo Oh el área comprendida entre la hipérbole equilátera, su asíntota O x, y las dos ordenadas correspondientes á l, x L, siendo la ecuacion los valores x de esta hipérbole x y= l H. Si la máquina marcha sin condensacion, el trabajo del piston se calcula del mismo modo, sólo que se toman como ordenadas las diferencias entre la presion atmosférica y la presion del vapor :calculado por la fó.rmula x y l I-1; en cuyo caso, el eje de las x es una paralela á la asíntota. Para representar el trabajo con una expre~ sion analítica, se calculan algebraicamente las áreas Oh y B A A' h, sumándolas; con lo cual, en caso de que no h'.lya condensacion, y representando con P la presion atmosférica en columna de agua, y con y' la presion al terminar la expansion, dada por la igualdad Lx lH, se halla:

Fraccion d~ la carrera al principiar la cxpansion .

0'9 o'8

0'7

o'6 0'5

Trabajo producido.

1'000 J '605 1'223 1 '357

1'509 1'693 '916

0'4

0'3

2'204

0'2

ó' (

2'609 3'302

ltOGARl!S ORD1NA1UOS

Dl!

Rl!JtLlA

Si el trabajo absoluto del piston se calcula una velocidad proporcioaal á cada instante á por medio de las fórmulas anteriores, las la del piston de la máquina. En virtud de tal cantidades halladas son muy superiores á las movimiento combinado con el del lápiz r, éste observadas en la ptáctica; esto obedece á su- traza una curva, y, por la accion de un muelle poner exacta la ley de Mariotte y constan- en espiral, contenido en el tambor, practica te la temperatura del vapor durante toda la éste último su retorno al vol ver á bajar ·la carrera del piston, lo cual dista mucho de ser cuerda c. Tomemos sobre una recta horizontal una cierto. De los experimentos de Morin resulta que longitud a b (fig. 139), igual al arco descrito los valores así calculados son mayores de por un punto del tambor A durante la subida del piston de la máquina, y supon_g amos que 0'03, aproximadamente. Se supone, además, que la presion del vapor en el cuerpo de esta recta sea la que traza el lápiz cuando el bomba, antes de la expansion, es igual á la piston p está sometido por ambos lados á la presion de la caldera; y, como se ha encontra- ' presion atmosférica. Sea o m la recta que desdo ser igual la primera, segun los casos, á cribiría el lápiz si existiese el vacío perfecto debajo del piston p. Cuando el vapor penetre 0'60 y hasta o' 48 de la segunq.a, esto se explilibremente en fa parte superior del cuerpo de ca por las resistencias que experimenta el vapor en los tubos y las cajas,-. en donde sigue bomba de la máquina, hará subir el piston p un trayecto sinuoso, y dem-uestra la necesi- haciéndole tomar una posicion tal, que, equidad de dará los conductos -una gran seccion, libre su tension con la resistencia del muelle de hélice; y, girando el tambor A, la puntar 1 de - - á lo menos de la del cuerpo de bom señalará entonces un trazo horizontal. A 25 ba, pero sin que en ningun caso sea excesiva, partir del instante en que, por cesar la enpuesto quQ, el vapor que permanece en los trada del vapor, principia la expansion, el conductos~ partir de la caja de vapor se pier- muelle hará bajar el piston p, y el lápiz bajará describiendo una curva cuyas ordenadas, de sin producir efecto alguno. INDICADOR DE WATT.-Este pequeño apara- dependientes de las presiones, irán disminuto, notal;,lemente perfeccionado por Combes 1 yendo. Al volver el aparato á su primera dá á conocer experimentalmente el trabajo posicion, describirá el lápiz una recta, situada efectuado durante cada golpe de piston. Con- debajo de a b si hay condensacion, confmlsiste en· Qn tubo vertical, que contiene un diéndose con a b en el caso contrario. En el piston p (fig. 139), cuyo tubo se rosc;a al fon- primer caso, esta recta se encuentra algun do del cuerpo de bomba de ·'la máquina. Al tanto encima de o m por no producirse nunca penetrar el vapor en la parte superior de este un vacío perf~cto. último, hace subir el piston p comprimiendo Como el trayectp recorrido por el piston un muelle .en espiral que rodea la espiga t. es proporcional á 11-s distancfas contadas en ab, Esta_espiga lleva un lápiz articulado r, que _ y la presion eficaz ciel vapor á las diferencias sube y baja al mismo tiempo que ella, estan- de las ordenadas ele la curva, contada á pardo comprimido por medio de un muelle á 'un tir de o m, el trabajo desarrollado durante una tambor A cubierto con una hoja de - papel doble carrera del piston estará representa"do cuyos bordes verticales están sujetos por dos por el área de la curva cerrada descrita por el lápiz; lo cual ha motivado dar al instrumento placas de muelle l, l'. el nombre de totali:z¡_ador. El trabajo efectivo Cuando, comprimido por el vapor, sube el piston traza el lápiz una raya vertical en el del piston, medido de este modo, es infedor tambor. A, si está en reposo; éste recibe un al trabajo teórico, como ya hemos visto antes. RENDIMIENTO DE LAS MÁQUINAS DE VAPOR.movimiento de rotacion por medio de una cuerda e, cuyo extremo superior está unido á El trabajo efectivo del piston es siempre mula espiga del piston de la máquina de vapor, cho mayor que el del árbol del volante, segun y hace girar la polea C provista de una cael /ren() de Prony·; lo cual obedece á ias pérbria, alrededor d~ la cual se .arrolla otra cue P didas ocasionadas por las re~istencias pasivas da que rodea el tambor A para que gire con de la transmision ~el movimiento, al trabajo

i ' · ;· i - Ff-sICA ,]N'DUSTRIAl;-~.,:,

;•

absorbido por el.juego de .bofi!bas· de.· la má- tercios de combustible; : peró;. ,dáAioó '.golpes quina y aJ. ,roce con los cojinetes del volante, de piston, en -v ez de rno. Citaremos igualcuya ·mása debe: disminuirse; aumentanao .al mente una máquina de 20 caballos, que sólo propio tiempo su radio -para que conserve el pesa·r8oo kilos y cuesta 5000 francos,"mientras .mismo morn.ento de inercia. Cuando .las resis- que una. máquina de igual fuerza, del siste..:. tencias que deben vencerse varían muy nota- ma ordinaxio, cuesta_de 16 á 18 mil francos. blemente, como sucede cuando se emplea la IMPORTANCIA INDUSTRIAL DE LAS MÁQUINAS DE .máquina para.dM movimiento á laminadotes, v A POR. -Independientemente de las a plicacio,el árbol sobre.' el cual acciona lleva una meda ne? al•movimiento Cilé los buques yiÍ. los .tr.ansdentada que hace mover un piñon adaptado al po1ies rápidos en los · fer'rocarr:iles, las má..:. ár-~ol del volante, con lo cual se ..le: imprime quinas de-~apor suministran al prnpi9 tierrí,.. .u na gran velocidad, transfqrmándolo así, en po un motor . económ,ico muy s.u'perior· á todo .u n verdadero caudal .d e fuerza, que, se uliliz~ cuánto puede.o· p'r oducir todos los demás mo.:. en 1os !IlOIDentos-de grandes resistencias. tores, y han p.ermitido tambien: acbmeter ero;. Para obtener el rendimiento, se dividirá el presas imposibles sin su concurso, particu.7 irabaj~_que se .obtenga en el árbol del volan- larmente .enlas localidades falta's de corrientes te por el trabajo del piston. Ordinariamente, de agua, en las cuales podía sóló utiliiar,s~ la ~n vez de; utili'zar el trabajo _efectivo del pis- fuerza animal. Citaremos un ejemplo: .El} ton, se emplea el trabajo teórico suministra.,. 1:825 se trató de explotar unas. ininas .de sal do por la fórmula dada anteriormente, enen el departamento de la Meurthé: :las ag.uas -eontrándóse con . ello .que las· máquinas de d~ filtración se extraiaq. p9r medio d,e .bomb~s bajapresion, de ,rn·á roocaballos, ·dan deo'40 movida·s por tiros ae ·24 ·c aballo's . Tale~.erkri á o'6o de efecto útil: Las máquinas ·de · alta los esfuerzos de• estos ;animale_s y, por s:on.:. .p resion, qu_e . traoajaq. á·.5 ~tmósferas con ·una siguiente, su fatiga, que sólo podía~ tra.bajaJ ' uná )lora a_l dia, d4ndose el ·caso; de e¡ ue alguexpan'si_ori ae :4. y ' sin coíídénsacion, son ··1as nos de ellos morían . casi ·. repentina_mente.. : -. . 5 . . , . Des':le luego debía contarse con 576 caballos que dan mejores. rendimientos, . . Todo cuanto itieuda á .simplificar. las varias disponibles, y, como con la profundidad iba piezas de las máquinas aumenta su rendi- aumentando la abundancia de .aguas, tuv9 miento, que es el objeto á que tienden hoy que renunci_a rse forzosamente á tal empresa. dia todos los . constructores, procurando al Con un moto~- -d~ la fuer.za ,de.-20 .caballos se . mismo tiempo disminuir el volúmen, el peso· hubieran obtenido r.esultados cornplet9s. Se ha contado q u,e t0das ; las .máquinas, de y, por consiguie:µte, el precio delos aparatos. Grandes son los progresos que en ,estos úl- vapos que .e~ 187-8 . ~xistian .- en . Francia .ha-:timos años se han. realizado por medio de' las cian el trabajo de .más,qe 22 millones·a,e ho.m, máquinas de alta presion,. de cilindro hori- bres; y, en Inglaterra, _de .más.de,30 milloae.s, Martillo..ó martinete de wpo.r.-;:-Esta. má-t zontal, .dispuestas . comD ..en la fig, r29. Flaud ha construí.do algunas cuyas dimensiones son quina, inventada en 1842:. po.r. B.o urd.01~, ..sl;lextraordinariamente redncidas , con relacion ministra un notable ejemplo _de· ros iqmens0$ al trabajo _que . prpducen, aplicando la idea, resultados que puede"dar el ·ya'p.or. .EL ma.r;r emitida. por , Giffa.rd, de aumentar la velo- tillo de vapor consiste. en.un :enm:rne y sólido cidad del pistan . para suplir sus menores c;li,. peso de fundicion P ( fig .. f:4.ó), .~u_speJ1dido . .4.1~ mensiones. Comó ejeinplo citarémos· una de espiga de un piston que se mueve en. un cu.erestas máquinas, . llamadas , en Francia trota- po..de bomba C, cuya secoion . se yé ~n C':,dor.as, , de la fuer?:á - de .3 caballos,. marchan.,. Este martillo . está guia.do verticalmente pQf do á 4 atmósferas. Cornpa1:ada con otra de dos calisas laterales . en los . mon:t:;inte_s-, , U:n...:;i. igual fuerza y colocada _'en las mismas condi..'.. corona· de agujeros, practicados en la '.P~!{tsl cienes, .esta máquina sólo cuesta rnoo .fr., en sup_erior.' del c~erpo. de bomb~, permit~ J.¡:¡. vez ,de .36oo que cuesta - la otra ; sólo . ocupa salida del vapor si el piston llega~e á ella ,,La 0'55 m_etros. cúbiGos en: ve~ de 16; : sólo pesa máquina se pone -e.n. moyimi-~ nto h~~i~l}Q.O -69 kilos en ;vez.de ,1800, .y, consume. los .dos subir la _c;:aja p por_medio 9-~ l~ _pala_n,qa l y 4~

HOGARES ORDINARIOS DE REJtUA

la espiga b. El vapor que entra á alta presion · complicacion en su estructura. Por esta causa por el tubo v, v', hace subir el piston y la se ha simplificado sobremanera la máquina masa P. Se baja luego la caja o, el vapor sale de vapor que tiene por objeto esta especial por la chimenea t', t, y vuelve á caer el marti- aplicacion, y se la ha reducido á sus elemenllo sobre el yunque e, e', cGn tanta más fuerza . tos indispensables; así, la locomóvil no es, cuanto mayor sea la altura adquirida. Para hablando en rigor, sino un rudimento de la obtener una série- repetida de golpes, el mo- máquina de vapor. vimiento alternativo_de la caja se produce En una locomóvil nunca se condensa el por medio de dos baberoles fijos al martillo vapor, porque la máquina es de alta presion. P, que obran en la palanca l aL llegar el pis- De esta suerte, quedan suprimidas las piezas ton á los límites inferior y superior de su pesadas y voluminosas que en las máquinas carrera. de baja presion sirven para condensar el vaPor medio de este aparato se forjan y suel- por. Reducida por tal medio á poco peso, esta dan fácilmente las mayores piezas de hierro. máquina, montada sobr,,e ruedas y provista El martillo pesa ordinariamente de 6 á 8 de unas varas á que se engancha un caballo, toneladas, pero los hay de dimensiones mu- puede ser transportada fácilmente de un puntó cho más considerables. En el Creusot existe á otro por los ang9sto;; y desiguales caminos un martinete, construido en 1875, cuyo marque atraviesan las propiedades rústicas. tillo pesa 60 toneladas y tiene 4 metros de La figura 141 representa una de estas mátrayecto. Su coste fué de up..os dos millones. quinas. F es el hogar y cenicero. La caldera El martillo para pilotis no es más ·que . el es tubular, como la de las locomotoras, pero martinete de vapor aplicado á la hinca de reducida á un corto número de tubos, lo cual pilotis para la cimentacion, en cuyo caso el_ permite, sin embargo, producir cierta cantiaparatd está sostenido por el mismo piloti, dad de vapor con una pequeñ¡a porc1on de que, baja juntamente con él. · agua. El depósito de ésta, indispensable para .Con este aparato se obtiene una gran eco- la alimentacion de la caldera, consiste ~ninomia de tiempo y dinero. En la construccion camente en un cubo ó tonel colocado en el de un dock en Devonport, en Inglaterra, el suelo, del cual la máquina extrae el agua por empleo de martinetes para pilotis produjo una medio de u t1 conducto S, á proporcion que la economía de dos años . de tiempo y de una necesidad lo exige: El movimiento de la másuma de 1.250 1 000 francos. En ro horas se quina regula la cantidad de agua que entra en hincaban hasta 32 pilotis á una profundidad la caldera. de 9 á 1.2 metros. El aparato daba 60, 70 y El aparato motor ó ·cilindro de vapor P, •está hasta So golpes por minuto. Un solo golpe colocado horizontalmente·encitna de la caldehincaba á veces un piloti de 5 á 6 metros, ra. Por medio de la biela by de la manivela sin que apenas deteriorase su cabeza, tanto, o, el émbolo de~ cilindro imprime un movíque se prescindió de poner anillos de hierro miento de rotacion á un árbol horizontal, coloen las mismas. cado al través de la locomóvil; el árbol hace LocoMÓVILEs.-Damos el nombre de loco- girar úna gran 'r ueda ó volante R, sujeta á _él, móvil, ó máquina de vapor locomóvil, á un y, una correa C, arrollada alredeclor del voaparato que puede transportarse de un punto lante, permite ejecutar toda clase de trabajo á otro para ejecutar.en el lugar que se desea mecánico. El cañon de la chimenea, que se diferentes trabajos 'mecánicos. Se ha aplica-. dobla por medio de un gozne, puede tenderse. do hasta el dia, particularmente, á las faenas á lo largo de la caldera, á fin -de que el apaagrícolas, lo cual ha hecho que tambien sel~ rato ocupe menos espacio cuando está en redenomine máquina de vapor agrícola. poso. Siendo la locomóvil una máquina destinaLas locomóviles se emplean tambien en da á ser puesta en movimiento por personas los talleres de construcciori, ya transitorios ó poco expertas, á funcionar á intérvalos, y á permanentes. Asimismo se construyen para ser, p.or lo, tanto, desmontada con frecuen- poner en movimiento potentes bombas de cia, debia necesariamente presentar muy poca incendio. Tambien en los talleres se emFfs1cA IND.

T. u.-r.3

·98

FÍSICA INDUSTRIAL

plean motores dispuestos como las locomotoras, pero· sin ruedas, que, dan movimiento á los tornos, máquinas ele taladrar, de cortar, cepillar, etc., etc. Se han ideado algunas locomóviles que ocupan muy poco espacio: la . caldera, de hogar interior, es vertical; el cuerpo de bomba está situado á un lado y el árbol del .volante encima. En algunos puertos se ven grüas cuya plataforma giratoria soporta pequeñas máquinas s·e mejantes á éstas, empleándose así el vapor para cargar y des·cargar los buques con una rapidez asombrosa y gran economia. Calderas de vapor.

La máquina de vapor se compone de dos partes principales: Una fprmada por piezas movidas por el vapor; la otra destinada á producir este vapor. Esta última parte se eompone de la caldera ó generador de vapor, con sus anexos, y del hogar que recibe el combustible. La pa1·te de la superficie de la caldera que recibe directamente la accion de la llama del hogar ó de los gases calientes que se desprenden, recibe, como ya se sabe, el nombre de superficie de caldeo. Las :caldéras de vapor se construyen de planchas de hierro, ó, á veces, de cobre: tambien se fabrican dé acero fundido, tan resistentes, que se les puede dar un espesor de la mitad de las de hierro. Su forma es muy variable. En las máquinas de baja presion se les dá á veces la forma de un hemisferio ó de un semicilindro lrorizontal, con un fondo cóncavo debajo. La·forma más conveniente es la de un cilindro terminado por dos hemisfe·rios, en cuyo caso, siendo la capacidad un máximo, aunque la presion del vapor modifique algun tanto la forma no puede producir rasgaduras por flexion. 'La presion sólo obra por traccion,· y ya sabemos que los cuerpos resisten mejor los e§fuerzos ejercidos de este modo. Para que una caldera cilíndrica, resista una presion P de atmósferas, debe tener un espesor obtenido por ~a fórmula e= PR: t, en la cual, tes el coeficiente de tenacidad de la substancia, R el semidiámetro, P la presion ·en kilógramos por centímetro cuadrado. El espesor que se dá á las calderas debe s·e r tal, que, puedan resistir en /río una presion diez veces mayor que la que deben soportar

por efecto del vapor. Se las ensaya ó coro.:. prueba comprimiendo en ellas agua por medio de una prensa hidráulica. · - Será fácil calcular el grueso de las calderas sabiendo la . resistencia que puede sufrir un grueso dado de metal, y teniendo presente que las calderas cilíndricas se rompen en dir~ccion de su longitud, pues, se demuéstra que en esta direccion es en la que presentan menos resistencia: en algunos países la ley marca el grueso.que han de tener las calderas, segun su radio y su presion interior. En Francia marca la ley de 1843 el grueso en la forma siguiente: se multiplica por 18 el diámetro medio en metros y fracciones de él, y se multiplica el proclucto por el número de atmósferas menos I que tiene de presion el va por en el interior de la caldera; el resultaclo se divide por 10 y al cociente se añaden 3; la suma es el grueso en milímetros, resultando e.sí más de 10 veces mayor que el teóricamente necesario para resistir: por ejemplo, para una caldera _de 0'9m de diámetro, que ha de contener vapor á una presion de 6 atmósferas, se takula16'2; rá el grueso multiplicando 18 X 0'9 at5 = 1 6 por multiplica este producto se mósferas, y es 5 X 16'2 = 81;1 se divide por 8'r, que, añadiendo 3 1 dá 11'1 10 y es Sr: 10 el grueso. para milímetros . Caldera de tumba.-La fig. 118 representa una caldera de baja presion, conocida con el nombre de caldera de tumba, vista en T por uno de sus extremos, y en S c C por un lado. V es el tubo de salida del vapor, que va al cuerpo de bomba de la máquina. En S-se encuentran los aparatos de seguridad, 0e que ya trataremos, y en H una gran abertura llamada agujero de hombre, cerrada con una placa, á fin de permitir la entrada del operario · en la caldera para limpiarla cuando esté vacía y fria. La válvula r, qué se abre de fuera á dentro, permite la entrada del aire mientras se enfria Ja caldera, sin cuya precaucion podría deformarse, por efecto de la presion atmosférica, despues de la conclensacion del vapor. Gradúa la com bustion en el hogar F el mismo vapor, por medio de la disposicion siguiente: el registro r' está sostenido por una cuerda m, que pasa por dos poleas, cuyo extremo sostiene un flotador n, el cual· sigue los movimientos del nivel del agua que se

•

99 halla en el tubo t' en comunicacion con el la puerta e; la llama calienta primeramente agua de •la caldera, y. en donde constituye la parte inferior de los hervideros, .pasa luego una columna líquida que re-presenta el ex@eso por .B, y circula por el .espacio a, limitado lade la tension -del ,' vapor ·sobre la de la atmós- teralmente por dos muros de ladrillo longitµ, fera. La longitud de la cuenda m es tal, que dinales, - y cerradÓ pqr debajo por una boveel registro deja completaménte libre el pas9 dilla situada á la altura de los hervideros. La del humo al tener ei vapor la conveniente llama pasa luego á la chimenea por los espapresion; mas; ·si ésta aamenta, sube la colum- · cios x, x, calentando, al pasar, el cuerpo p_i:inna de agua f ,' así como tambien el flotador; cipal de la caMera. El nivel del ag1:1a,debe cerrando el registro r' más,, ó me,nos el paso estar siempre s0bre la su.¡,erficie de caldeo, es del humo,- con lo · cual se disminuye el tiraje decir, más alto quelos espacios x, ~- El regísy la eombustioñ es más lenta. tro e, m<:>vido por medio de la es-piga ir, perAlimenitacion :-P.ara r-enovar- el agua ~de mite hacer pasar el aire por una heD:d_idura e, las calderas-· de baja presion, en vez de em- practicada en -:todo el ancho del hogar, para plear la bomba _im)?,ylente se erµplea á veces 11ebaj_ar la intensidad del fuego; c11yo aire, esta disposicion. Una parte del agua del con- como se vé, nq atraviesa la rejilla·. _ dehsador se ímpelé al depósito R (fig. 142), de Los hervideros aumentan extraordinariadonde pasa á: la ealdera por el tubo t. La a ber- mente la su petficie . de caldeu de la caldera: turá superior de este tubo -· está cerrada por además, como su diámetro es. mucho meno_r una válvula _sobre la .cual ejerce presion el que el de aquélla, la plancha de palastro de peso P, fijo al extremo de una palanca a o B. que están formados podría tener me11or espeEl flotador / está unido al otro ex.tremo B-de sor; pero, como por su coE.tacto directo con el esta palanca por medio de un alambre que fuego están expuestos á deteriorarse. con más atraviesa uJ.T-prensa-estopas; e. Cuando el ni- rapidez que la caldera, _se les dispone de-modo vel del agaa de la caldera baja, hac€ bajar el que puedan,.desmontarse sin necesidad de de~flotador, la válvula se abre y el agua cae por truir el horno. En cuanto al cuerpo de la cal.. dera, ordinariamente se le dá 1 metro de diáel fu-bo t. ' . CALDERAS DE ALTA PRÉsION.-Estos genera- n;ietro. Si se necesita una gran capacidad se dores afectan ordinaria:n;iente Ja forma de un -le dá mudrn longitud ó se. reunen varias cilindro terminado por dos hemisferios, y es- calderas. La forma cilíndrica se áplica _igualtáh provisfos de tubos hervt'deros. La fig. 143 mente á_las. calderas de baja presion, que, en representa uno de e~tos aparatos, en seccion general, van sin. hervideros. Aparato de alimentact'on.-Las calderas de transversal; en secci0n longitudinal y de frente. Las·mismas letras indican las mismas alta presion están alimentadas por bombas piezas en las kes figuras, v, v, ves el tubo de impelentes, ya indicadas al tratar de la másalida del .vapor de lai caldera; el tubo a, que quina de vapor de Watt. Corno la caldera no conduce -ei agua q.e la bomba ~de alimenta- consume rigurosamente un peso de vapor cion, sumerge hasta el fondo de la caldera, igual: al. peso de agua suministrada por la puesto que; ·si el agua cayese átravesando bomba, ésta se pu~de separar, si se quiere, de el vapor, condensaria una parte de él. B b las palancas -que le dan movimiento. Ya., en y b b son los · hervideros, ,consistiendo en 1760, Brindey ideó una disposicion, por ._la tubos de -much0 menor-diámetro que el de la cual la alirnentacion se graduaba automáticacaldera cerrados por su_ parte anterior, que, mente. El flojador F (fig. 144) flota en el aguá sobresale del hogar por medio de autoclaves. de la caldera, cuyo nivel va siguiendo, haComunican ·con la caldera por tubos P, P, P. ciendo funcionar dos válvulas r, s, las cuales 1 La caldera se instala en un espacio cerrado, se abren de fuera á dent-ro con relacion á una de obra de fábrica, cuya pared anterior-atra- capacidad intermediaria, que, por medio del viesan' los hervideros, saliendo, como ya se tubo P, recibe el agua de la bomba de aliha,. dicho, al exterior para facilitar su limpie- mentacion. Estas dos válvulas están , unidas za. R es un registro para.graduar .el tiraje de por una espiga articulada á la pa.lanca del la chimenea; el combustible se intrQduce por flotador F, En· la posicion que represeutp, _la HOGARES ORDINARIOS DE REJ~LLA

FÍSICA INDUSTRIAL

IOO

figura, el agua de la bomba se introduce en to en las máquinas fijas como en las locomola ca•ldera; mas, al subir el nivel, como el toras, p.ues·, economiza el 3 ó 4 por roo del flotador sube, hace bajar las válvulas de {a! trabajo consumido por la bomba alimenticia , modo, ·que s se cierra y r se abre, y, enton- cuyo manejo es tan incómodo. Tambien pueces, en vez de pasar el agua de la bomba' á la de servir de máquina elevadora de agua. Con u.na presion de 8 atmósferas se puede hacaldera sale por el tubo B. Inyector Gif/art.-E n 1861 ideó Giffart un . cer subir ésta á 80 metros de altura; y, siemaparato de alimentaci on, muy original, en el pre -que se necesite agua caliente, resulta un cual no hay niriguna pieza que esté en mo- aparato muy económico . Varios son los buvimiento: viene á ser como un anexo de la ques de vapor que tienen un aparato de esta caldera, á la cual alimenta durante el reposo e.specie para, en caso de accidentes, poder exde la máquina, y de la que es independie nte. traer en poco tiempo grandes cantidades de La fig. S45 repre.:;enta una seccion del inyec- agua de la bodega, utilizando el v.apor de las tor, susceptible de poder colocarlo horizontal calderas. ó verticalme nte. El tubo V comunica con el Ap~ra.tos de seguridad. - ' vapor de la caldera; el tubo "f con el agua van acompañad as de calder~s las Todas ' depósito el con A tubo el y contiene, que ésta del agua de alimentaci on. El vaprn:-que pene- aparatos de seguridad destinados á impe~ tra por V pasa á un tubo cónico o no, por los dir su rotura ó e:XplosJon, llamados válvulas agujero~ o o, y sale por la abertura n, que se de seguridad, manómetro s é indicadore s de puede cerrar más ó menos por medio del ob- nivel. Válvulas de seguridad .-Para limitar la turador cónico a movido por un tornillo con manúbrio M. Al salir este vapor por n, pe- tension del vapor se practica en la parte súnetra en un espacio cónico e e, arrastrando , perior · de la caldera una abertura, cerrada por comunicac ion lateral de movimient o, el con una válvula que permite la salida _d el vaaire que se encuentra en e e, y resultando de por al -aicanzar cierta tension. Si s es el área esto una aspiracion del agua que pasa por el de la abertura en centímetro s cuadq:dos, y P tubo A, 1a cual se mezcla al vapor, se conla presion Hmite en centímetro s de mercurio, ' densa y expele por r al tubo cóniw D, y de esta presion equivale á un peso igual á s éste á la caldera. La válvula s impide el re- p X 13'6. El peso de la válvula y de· su carga torno del agua, cuando, por esta1~cerrada la deberá equUibrarse, pues, con la presion del llave R, el inyector no funciona. Se vé, con vapor, y s_e r igual á s (P-H) 13'6, represenesto, que el efecto producido proviene de que, ta~do H la presi0n atmosféric a que debe tanto la /uena viva del vapor -como la del restarse de P. El valor que se deberá dar á- la aberturas agua que se encuentra en movimient o ean r, de la extension S de· la superficie de depende vencen la presion hidrostátic a del vapor resistente en D F. Si suponemo s una presion de caldeo: se determina por medio de la fórmula 5 atmósferas , resulta del cálculo que el vapor 2'6 d Illezclado con una masa de agua arrastrada, P- <;>'412' i-g ual á 15 veces su peso, pasa por el tubo D cQn una velocidad de 34 metros, á lo menos; en la cual, d es el diámetro. de la válvula sumientras que la velocidad de un chorro líqui.., puesta circular, y P la tension límite del vado, lanzado con una presion de 5 atmósferas, por en atmósferas . De los experimen tos res.u lta que una válsólo es de unos 28 metros. Se conocerá que el' aparato está bien gra- vula, cuyas dimension es estén determinad as_ duado cuando no caiga agua por el tubo de con esta fórmula, cuando está abierta deja exceso ó rebosadero, 't. B es una mira para pasar todo el vapor que se produce con fuego examinar la forma del chorro líquido. mien- vivo. A pesar de esto, y como á medida de tras se cierra más ó menos el paso con el ob-\ precaucion , ordinariam ente se _emplean dos , válvulas semejantes . turador a. Como ya se ha dicho a.nte.riormente, la válEl. inyector Giffart se emplea mucho, tan)

I/--S.

HOGARES ORDJNARIOS DE REJILLA

vula de seguridad fué inventada por Papin: se dispone generalmente como representa la figura 146, aplicándola á la platina bien aplanada de una tubulosa colocada en la parte superior de la caldera. La palanca G...P, provista de un peso P. y guiada por una horquilla a, apoya en el punto O de la válvula-, representada aparte· en S. Esta válvula consta de una cabeza circular, que se aplica exactamente á la platina de la tubulosa, cubriéndola muy poco, en una extension de 2 milímetros, á lo menos, en las gra·ndes válvulas. Tres aletas dispuestas debajo, cuya seccion se vé en r, sirven de guia á la válvqla para que sólo pueda moverse yerticalmertte. Placas fusibles.-Para limitar" la tension del vapor, puede procederse igualmente bajand.o su temperatura, lo cual se ejecuta cerrarido una abertura de la caldera por medio de una placa formada por una liga de estaiio, bismuto y plomo, susceptible de fundirse -á la temperatura que posee el vapor cuando su tension alcanza el límite que no deba franquear. La placa fusible se fija á una tubulosa por medio dé un anillo de hierro, retenido con pernos y provisto de una rejilla para sostener la placa, que, es muy frági:l. En la figura u8, una de estas placas está dispuesta en uno de los extremos de la tubulosas, llevando el otro extremo las válvulas de seguridad. Las placas fusibles ya no se emplean hoy dia, por el inconveniente que presentan de obligar af paro de la máquina durante cierto tiempo, si ocurre el caso de que fundan, lo cual puede ocasionar accidentes, particularmente en 'los buques de vapor, que, privados de su motor quedan á merced de los vientos y las corrientes. Manómetros.-L a presion del :vapor se indica por ·medio de manómetros de formas variadas. En las calderas de baja presion se emplea un tubo en forma de U, que contiene mercurio, •uno de cuyos extremos comunica con el vapor, y el otro con la atmósfera. La diferencia de nivel en los dos brazos indica e! exceso de presion del vapor sobre.la del aire exterior. En las calderas de alta presion se emplean á menudo -manómetros de aire comprimido (figs. 147 y 148); pero estos instrumentos dan al cabo de cierto tiempo in•dicaciones •falsas,

IOI

por calentarse el mercurio y absorber parte del oxígeno del aire que contienen: además, el oxígeno formado se deposita en el tubo é impide apreciar el nivel. Esto podria evitarse llenando el tubo de ázoe. Tambien puede ocurrir que, por las disminuciones bruscas de presion, la salida de una parte del gas del tubo dé una graduacion inexacta. Por último, en - las indicaciones del manómetro de aire coroprimido influye mucho la temperatura que le rodea, la cual siempre es muy alta alrededor de la caldera. · Manómetros de aire Ubre.-En la fig. 75 y siguientes del Libro IV hemos representado ya algunos tipos de manómetros muy empleados, que, debemos completar ahqra con relacion exclusivamente á las calderas de vapor. El más sencillo de estos instrumentos consiste en un tubo abierto f (fig. 149), sumergído en una cubeta de mercurio colocada en un recipiente herméticamente cerrado, que·, por medio de la llave r, comunicá con la caldera. La prcsion del vapor hace subir el mercurio contenido en el tubo, á una altura igual á tantas veces 76 centímetros cuantas sean el número de atmósferas de presion que tenga el va_por sobre la del aire. Como el tubo es muy largo y esto dificulta la observacion del nivel del mércurio; se dispone generalmente un flotador/, sujeto á un hilo que pasa por una polea, en cuyo otro extremo lleva un contrapeso e que indica sobre una escala los movimiento~ de la columha de · mercurio. En este caso, el tubo puede s·er de hierro, y su diámetro bastante grande para que los movimientos del flotador sean muy desahogados. Si la presion debe pasar de 5 atmósferas es preferible el manómetro de aire libre de Chaussenot (fig. 150), que, consiste en un tubo de hierro en forma de U que contiene mercurio. Este tubo está introducido en el suelo, de suerte que la 11ave del vaso de fundicion v se encuentra á la altura de la caldera. El vapor de ésta ejerce presionen el agua que ocupa el vaso v y hace subir el mercurio por un gran tubo de vidrio lt, fijo en el extremo opuesto y .provisto de una graduacion conocida directamente por experiencia. Como el diámetro del tubo t les mayor que el del

102

FÍSICA INDUSTRIAL

tubo de hierro, los cambios de nivel en el primero son tan "Ínsignificantes que es muy difícil apreciarlos con exactitud. El vaso ,r está destinado á recibir el mercurio que, por un aumento brusc-o de presion, pueda saltar. Mañómetro de columnas múltt'ples;-Este instrumento, debido á Richard, no presenta la altura tan incómoda die los que acabamos de describir. Se vé en la fig. 151· una sérfe de 4 :tubos, en forma de U, unidos de d0s .en dos por' su parte superior. Estos tubos están á mitad llenos de mercuíio, y la parte superior llena de agua. El vapor ejerce su presion en A n : el exttemo B comunica con la atmósfera. Cuando la presion es la mi'sma en A y en B, los 8 niveles de mercurio se encuentran en un mismo plano horizontal; mas si la presiones mayor en A que· en B, se. establece en _cada urio de los cuatro tubos una misma diferencia de nivel, y la presion A n se equilibra con la presion de· la atmósfera aumentada eón la columna de merclilrio n'n' repetida A veces, 'si se desprecian las •p resiones producidas por las columnas de agua. Termo-manómetro.-En vez de medir directamente la presion- del vapor, se puede observar su temperatura para deducir luego la presion por medio de las tablas de tenst'on. Esta temperatura la dá u_n tt}rm_ó metro susceptibie de señala1· 200º, el cual está conteni-:·do en un tubo de hierro que penetra em. lia ·caldera, y lleno de limaduras de cobre. Lleva el instrumento una .escala en la cmal están inscritas las presiones del vapor para cada temperatura: así graduado, se le llama termomanómetro. Manómetros metáli'cos.-Los apa·ratos más cómodos para indicar las presiones en las calderas son los manómetros metálicos (fi.g. 96, Libro IV). Se emplean muy particularmente en los buques de vapor y las _loooinotoras, ·por ocupar poco espacio y ser resistentes. Es múy conveniente comprobar la graduacion de cúando en cuando, á causa de los cambios ·que puedan experimentar las laminillas metálicas bajo·la influencia de presiones prnlongadas y de cambios frecuentes de temperatura. INDICADORES DE NIVEL-Más adelante veremos que el descenso de nivel más abajo de la superficie de caldeo es una de los causas .que ocasionan la explosion de las calderas,

por cuyo motivo se ha tratado de perfeccionar, tanto los aparatos de alimentacion como los que indican el nivel del líquido.duesde un pfihcipio se han empleado tubos con llave, llamados memt'dores de nivel ó ,llaves de p,:ueba~ colpcados en la calclera, muy cerca de la superftcie del agua, uno encima ,y otro deb~jo de esta sÚperfide. En la .posidon normal del nivel, el pr:iip.e,ro. debe dair el vapor,al abrir la füave y el segundo el agua. ~stos tu..: bos están representados ·en la fig. n8. . )' Tubo de nt'vel.-Generalmerite las calderas de vapor están provistas de un tubo de nt'vel (fig. 143), formado- por, U1.il.~tubo, vertica1l, de cristal, cuya párte superió'r comunica con• el vapor y la inferior cori el- agua de la caldera. El nivel en· el tu.be de cristal s~ encuentra siempre á la misma altura que ~t del agua de la caldera. Arriba y abajo lleva dos lla\res, abiertas 'casi siempre;que se cierran en caso de accidente en eHÜbo. Indicador de flotadór.-Este apa:rato, ,inventado por Brindley en 1760, se vé en F' (figura 143): consiste en un flotador, que va ~siguiendo el nivel del agua, unido á un con..,. . trapeso por medio de un alambre que atraviesa una éaja de estopas F 1 pasando por una polea. La posicion del nhrel está indicada, ya por la posicion del contrapeso, ya _por un índice fijo al eje de la polea. Tambien se dispone ·el flotador al extremo de una palanca, com0 se _v é en F. Flotad!or con sllbató de alarma.-La falta de ,midado podria en algunos casos hacer inútiles las indicacionés de los a.p ara tos de nivel que· se acaban de describir; por cuyo motivo, Sorel imaginó una disposidon por medio de la cual se advierte con .alavma la baja excesiva de dicho nivel. El flót-ador 't (fig. 143) ·está fijo al extremo de uaa palanca, cuyo extremo opuesto sostiene un coatrapeso. Esta palanca, cuyo punto de apoyo se encuentra en O (fig. 152), lleva-un obturador- cónico de metal, que, cierra una abertura cónica t_ambien c. El vápor sale por esta abe1,tura así que el flotador que sostiene r l · brazo F baja del límite señalado; entonces el vapor produce • un sonido intenso al atravesar un silbato de , vapor So o. En S / (figura 143) se vé el, conjuRto del aparato . lndt'cador:. mag'nétlco.,-Un flotador s0stie-

ro.3

HOGARES ORDINARIOS DE. REJILLA

ne, por me<il.io de una ·espiga/ (fig. 153), un largo de la línea de nivel en un éstado moleiman a, -s;usceptible · de subir y bajar por cular que cambia bruscamente, cie las partes un tubo metálico fijo á la cara superior A A' rojas á las partes mojadas, de lo cual rnsulta de la caldera. La pequeña aguja horizontal de una irregularidad de las moléculas, que, las acero e, e', apoyada en una' cara plana del hace más fácil de separarse. Esta circunstantubo, va siguiend0 los movimientos del iman .c ía explica la rotura ordinaria segun la línea é indica por su posicion la altura del nivel. Si de nivel. Para provocar 1~ explosion, basta este -ililtimo baja ·demasiad©, el extremo del un decr.ecimiento de presion, producido, por imán obrn en el ganchó c, que, abre u.n a vál"" ejem¡:,lo, por la abertura de la válvula de se:vula o por la,cual sale el vapor, pasando por guridad: en este caso, se produce una ebuel silbato de alarma s. Al volverá subir el llicion tumultuosa, el agua for-rna espuma, iman, la · váivula s se cierra á. favor de un choca con las paredes rojas y con la masa de muelle siituado em. r. vapor recalentado por su contacto, formán· ExPLOsION DE LAS CALDERAS DE VAPOR.-Con dose así una enorme cantidad de vapor que las calderas de vapor se producen accidentes no puede resistir la caldera, particularmente muy: graves, que, afortunadamente, van sien- en las partes incandescentes, en donde sólo do menos frecuel'l.Jes cada dia. Estos accidentes tiene el hierro de su resistencia eµ frio. son ocasionados _por el mal estado de los aparatos de segurida'1 y po'I.· el u,so·de· las calde~ De esta explicacion, debida á Perkins, se qeras, cuyas paredes van perdiendo poco á poco duce qu·e no es conveniente dar una gran su primitivio espesor, ya por la .accion corro- abertura á las válvulas de seguridad, para siva· de ciertas aguas, ya por la accion del fue- que., al abrirse, la disminucio:t;:1 de presion no · go, _lo cual obliga á 1repasarlas de cuando en se-a dema:siado brusc_a y espume el agua decuando para conocer su v,erdadero estado. masiado. A esto añadir~mos que un €ambio _Otros accidentes se deben . á la imprudencia brusco de tension imprime una sacudida tal de los operarios, que, para acelerar la marcha á la caldera, que puede ocasiona·r tambien la de la máquina recargan las válvulas, habién- rotura. dose dado el imprudentísiino caso de clavarDep6sitos ó incrustaciones en las calde2. º las. Para evitar semejantes imprudencias se ras .-La incand-escéncia, tan peligrosa, de las cubren con una jaula. · paredes, puede estar motivada igualmente por : Hay otras ·explosiones, cuyas causas han una causa distinta de la baja de nivel: por la quedado desconocidas, acompañadas de cir- deposicion de ias materias terrosas ó salinas cunstancias que .no debemos dejar de mencio- que tiene en dis_olucion el agua de la caldera, nar: se ha observado .á menudo que la ca- á .medida que se va _convirtiendo en vapor. tástrofe ,iba precedida de un paro lento de la Estas deposicio11es adquieren una -estructura máquina. • Se ha observado tambien:, princi- cristalina, y se adhieren á las paredes con tal palmente en los buqaes, que el accidente ba- fuerza que no es posible hacerlas saltar más bia tenido lugar en el momento- en que, pa- que con escoplo. ,En las calderas á baja prerada la. máquina. por bastante tiempo, se la· sion, cuya vaporizacion es _más lenta, es en ponía en mar,cha, , es decir, cuando el vapor doi1de principalmente adquieren mayor dureacumulado. en el generador perdía súbitall?en- za · las incrustaciones, · 1as cuales hacen más te una pªrte de su tension al pasar al cuerpo pausada la p1·oduccion del vapor, dificultando de bomba. Conocido"esto, pasemos á estu- el paso del calórico. Separadas del agua por un diar, las pr,in_cipales causas á que se atribu- cuerpo mal conductor, pueden las paredes en- • . yefl las explosiones. rojecer, perdiendo- por lo tanto gran parte de I.º Baja del nivel.-EI descenso del nisu tenacidad, lo cual no deja de ser un pelivel, más bajo que el límite superior de la su- gro. Si en esta especie de costra se forma al- ' perji.ci'e de caldeo, presenta muchos peligros. guna rajadura, calcinada por el contacto con La palie no mojada de esta superficie puede las paredes rojas, penetra el agua por ella enrojecer, lo cual disminuye enormemente la hasta tocar el metal,• produciéndose una vatenacidad del hierro, constituyéndolo á lo l porizacion brusca en estos sitios, que, hace sal-

104

FÍSICA lNDUsTRtAL

tar grandes trozos de incrustacion, cuyo espacio ocupa· inmediatamente el agua, y, con su contacto con la superficie descubierta, produce instantáneamente · una gran cíintidad de vapor. Esta causa de explosion se evita fünpiando á menudo las calderas, es decir, cada ocho ó quince dias se vacían y arranca la capa adherente. Introduciendo trozos de vidrio ó de metal, angulares,_en Jas calderas, se impide la adherencia de los depósitos, á causa de los movimientos que experimentan los fragmentos durante la ebullicion. En las minas, se neutraliza la accion de las aguas, que casi siempre es corrosiva, mezclándolas con creta desprovista de arena, ó bien con pedazos de zinc, en los cuales ejerée el aguá perfectamente su accion. Tambien pueden evitarse las incrustaciones por un medio suministrado por la casualidad: en una caldera, que se acababadevaciar, habian colocado los operariós unas patatas · para que se cocieran, y no se acordaron más de eUas. Al cabo de algunos dias, despues de haber funcionado la caldera, se trató de limpiarla, viéndose con sorpresa que no se había formado ningun depósito sólido, lo cual se atribuyó á que, disuelta y mezclada la pulpa · de las patatas con las substancias depuestas, impidió adquiriesen consistencia. Posteriormente se ha empleado el salvado de harina, la arcilla, que, se diluye en agua. Se obtiene igualmente el mismo resultado, tiñendo el agua con maderas tintóreas. Delandre recom.i.enda el empleo del proto~loruro de estaño, bastando r kilo de esta sal por metro cúbico de agua, que, cambia en sub-sal básica insoluble y en sal ácida soluble, disolviendo las sales terrosas. Los resi.iltados obtenidos con estos varios procedimientos dependen muy particularmente de la naturaleza de la aguas que se emplean. Lesneur observa que la presencia de fragmentos .de zinc en las calderas impide la adherencia de los d.epósitos: 1 dich_o metal se va disolviendo poco á poco, desprendiendo hidrógeno por la descomposicion del agua. Experimentos practicados en .calderas cargadas de agua de mar, ó de rio, han dado la proporcion de 20 kilos de zinc para una máquina de roo caballos que marchó durante· tres meses. Cuando se quiera limpiar la caldera, se -abre una llave colocada

en el fondo, mientras que el vapor ejerce aún presion, y la especie de· limo depuesto sale con la mayor facilidad. 3. ª Explosion de las calderas con hervideros. -Si los tubos de comunicacion entre la caldera y los hervideros son muy estrechos, es fácil que el vapor arrastre el agua fuera de estos últimos y no ·p ermita el descenso del lí.quido, por los mismos·; en cuyo caso, quedando en parte vacíos dichos hervideros, están expuestos á enrojecer: el agua que contienen cesa de estar en contacto con sus paredes, y la produccion del vapor pasa á ser .muy -lenJa, llegando necesariamente un instante en que la temperatura de las paredes baja, las moja el agua, y se produce instantáneamente tal cantidad de vapor, que explota la caldera. Normamby· ha comprobado que una. caldera llena de agua puede ~alentarse .al r,ojo, activando suficientemente el fuego; así, pues_, l es indispensable que la ,c ombustion se lleve con mucho cuidado y con la mayor ~ularidad para que esto no suceda. · 4. ª Por último, se producen á veces explosiones de una violencia extraordinaria, que_ se distinguen con el nombre de explosiones fulminantes, cuya causa ha .quedado desconocida durante mucho tiempo hasta que Don-, ny y Galy-Cazalat la han explicado, haciendo notar que -una ·ebullicion prolongada debe privar de aire al agua de un generador: si la bomba alimenticiá funciona mal, cesa entonces la ebullicion, la máquina marcha con lentitud, lo cual obliga á activar el fuego, y entonces es cuando se produce una explosion violenta, principalmente cuando, despues de parada la máquina, se la pone en movimiento, en cuyo caso la bomba de alimentacion introduce el agua mezclada con aire, que, restablece bruscamente la ebullicion. Cuando una máquina deba permanecer parada durantealgun tiempo, la prudencia aconseja hacer funcionarla bomba alimenticia, ya á mano ó por medio de un pequeño motor especial. A este caso se aplica perfectamente el inyecfor Giffart, puesto que, ·puede funcionar durante el reposo de la máquina. · Tambien pueden introdµcirse burbuji_tas de .gas hidrógeno en el agua de la caldera, . descomponiendo este líquido, ya _por medio de una corriente eléctrica, segun la idea de

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

Dufour, ó por medio del zinc, :de que ya hemos hablado para evitar las incrustaciones. Resultados práctlcos.-La cantidad de calórico producido por la com bustion de la hulla dista mucho de utilizarse completamente en las calderas de vapor. Los gases que salen por la chimenea deben conservar una temperatura de ·200° á 400° para el tiraje; por lo tanto, arrastran consigo una gran cantidad de este calórico, juntamente con las pérdidas que existen por radiacion y por comunicacion con los macizos del hogar. En las calderas con hervideros, la combustion de r kilo de hulla apenas vaporiza de. 5 á 7 kilos de agua, empleando los mejores hogares. En las calderas cilíndricas sin hervidores, se pueden vaporizar-de 8 á 9 kilos, si se pone m-:1ch0 cuidado en echar el combustible en pequeñas cantidades, repartirlo bien uniformemente y á intéryalos casi contínuos. La experiencia demuestra que la combustion de r kiio de hulla desprende unas 7, 500.calorias, capaces de convertir en vapor un peso d~ agua, á rooº, igual 7500 = r3'9 kilógr¡mos, puesto .que, se á 537 necesitan 537 calorias. para vaporizar r· kilo de agua. Desde luego se vé que hay u:µa gran cantidad .de calórico perdido. Además, una parte del vapor se condensa, ya en la bóveda de la caldera, ya en los conductos de comunicacion con ercuerpo de bomba, ó en este mismo. Para atenuar en lo posible estas pérdidas, se cubre la parte·superio1; de la caldera con ladrillos~ cubriéndose tambien los conductE>s con tejidosde lana, ó con tubos envolventes, por donde se hacen pasar los gases calien~s que salen del hogar. El cuerpo de bomba se preserva del enfriamiento cubriéndolo con un cilindro a'e madera, separado de su superficie por medio de carbon en polvo ó cualquier ·otra materia poco ,conductora del calórico; ó, tambien, por medio de una envolvente metálica por la cual pase vapor. Esta precaucion es muy importante, por cuanto, el agua condensada en el cilindro se convierte · en vapor al establecer la comunicacion con el condensador,· y la presion que ejerce éste dificulta los movimientbs del pistan. Es indispensable, pues, q-ue el cuerpo de botnba esté constantemente seco. Combes dice que una envolv.e nte bien estudiada puede FÍSICA IND.

105 economizar de 15 á 20 _por roo de com bustible. Otra causa de pérdida de calórico proviene del agua en forma de lluvia finísima, mezclada con va por y arrastrada á los cuerpos de bomba, en donde dificulta los movimientos del pistan. Para evitar este inconveniente se adapta á la parte s·uperior d·e la caldera un depósito cilíndrico, en.cu yo vértice se halla la toma del vapor, con lo cual se aumenta ~a capacidad de la cámara de vapor, ~es_ decir, del espacio ocupado por el vapor sobre el agua. La cantidad de líquido arrastrado mecánicamente puede ser muy considerable, tanto, que se ha visto á veces que la bomba de· alimentacion era impotente para reetnplazarla: colocando este cilindro. en la parte superior de la caldera, la pérdida disminuye de modo que se produce una economía_decerca un 25 por roo de combustible-. La cantidad de combusÜble por caballo y por hora varía m·ucho, segun la clase de generadores, y tambien segun el sistema de la máquina. Ordinariamente se consumen ·de 3 á 5 ki!os de hulla por caballo y por hora, que, á poca diferencia, vaporizan unos 35 litros de agua. La superficie de caldeo debe ser de 1'70 metros cuadrados, y la superficie de , la rejilla de 70 centímetros cuadrados por caballo. La cantidad de combustible que corresponde al trabajo útil, -por fuerza de caballo y por hora, varía tam bien extraordinariamente segun el sistema que se adopte. Por ejemplo, mientras que las . máquinas de alta presion, con expansion y condensacion; dan de 90,000 á ro8,ooo kilográmetros por hora, con 4 á 2'5 kilos de hulla por caballo, las mismas dan 21,500 á 27,000 kilográmetros con IO á 8 kilos de combustible, cuando marchan sin expansion ni condensacion.. En estos últimos años se han construido máquinas perfeccionadas que sólo consumen 1'5 kilos de carbon por hora y por caballo. Del mismo modo que se ha procurado disminuir el peso del mecanis.mo de las máquinas de vapor, así tambjen se procura hoy dia reducir las dimensiones de los generadores, conservándoles al propio liempo la facultad de producir rápidamente vapor, ya aumentando relativamente la extension de la superT. II.-14

•

106

FÍSICA INDUSTRIAL

Los dos balancines obran sobre una misficie de caldeo, ya ac_tivando la combustion en un· hogar de reducidas dimensiones. Las ma biela B B, que hace girar el manubrio M calderas tubulares, de que lue¿o trataremos, adaptado al árbol O O, á cuyos extremos eshan resuelto, hasta cierto punto, este proble- tán fij::ts las ruedas de paletas. El excéntrico ma; pero, lo conveniente seria dará la má- E gradúa la distribucion del vapor, y, por mequina la cantidad de vapor necesaria con poca dio de la barra K K, hace oscilar la palanca cantidad de agua y por medio de una vapo- s r que ob1·a sobre las bielas n, n, articuladas rizacion rápida, que es 10· que se ha intentado al travesaño de la caja t. Pes la bomba de aire, movida por el bacon calderas muy pequeñas, cuyo fondo es inca;1descente, en las cuales penetra un chor- lancín por medio del travesaño T', que lleva ro muy ténue de ¡:¡gua que adquiere la forma la espiga del piston, y de dos bielas pequeglobular y produce el vapor. Una de las má- ñas. El travesaño T' está guiado en el punto quinas de este sistema es la de Testud de x, y hacen funcionar la bomba alimenticia Beauregard, de la fuerza de 20 caballos, en p de la caldera. Ces el condensador, alimen'la cual, para evitar la destruccion rápida de la tado por un tubo abierto debajo del agua al caldera á causa del enfriamiento brusco pro- exterior del buque. En los buques menores se emplea mucho ducido por la entrada del agua, el fondo contiene estaño fundido, sobre el cual cae ésta. el sistema de cilindro oscilante, y tambien Segun el inventor, la economía de combus- la máquina Maudslay modificada de modo que presente poca altura. tible es de 50 por 100. · Buques de vapor.

Máquinas de vapor de los buques.-Estas máquinas son generalmente con condensacion por la facilidad en obtener el agua, adoptándose generalmente las de baja presion. La fig. i 54 representa la máquina de un buque de ruedas, de la fuerza de 500 caballos. Dos son los aparatos instalados, colocados uno al lado de otro, que obran en el mismo árbol O O, 1 por medio de manivelas perpendiculares una á otra, para que una se encuentre en la posicion _más favorable cuando se halle la otra en el punto muerto. Esta máquina es del sistema Watt, modificado por Fulton, de suerte que el balancín se halla debajo del árbol O O. Q, es el cuerpo de bomba, al cual llega el vapor por el tubo v, circula por una envolvente que rodea el cuerpo de bomba, y pasa luego á la caja de distribucion, cuya espiga se ve en t. La espiga del piston lleva un travesaño T que sostiene dos bielas b, b', cuyos extremos inferiores se articulan á dos balancines e A e, colocados á ambos lados de la máquina. El movimiento de la espiga del piston se hace rectilíneo por medio de un doble paralelógramo a b dé a' b' ..... , cuyas barras oy, o'y', móviles alrededor del eje o o', determinan las inflexiones.

Propulsor de los buques dt: vapor.-Como aparatos de propulsion, los más primitivos son las ru~dasde paletas, que, se colocan una á cada lado del bu.:iue. Al chocar estas paletas con el agua determinan puntos de apoyo en la masa líquida, la cull resiste por sli iner, cia. L~s paletas penetran y salen del agua oblícuamente, describiendo todos sus puntos un arco de círculo; luego, la componente de la fuerza ejercida obra verticalmente no concurriendo á la marcha. Para evitar esto, varios fueron Íos constructores que idearon el empleo de paletas móviles, cuyo plano se conserve vertical, durante la inmersion. Por ejemplo, Cavé adapta un manubrio al eje horizontal de cada paleta, cuyo manubrio articula en una barra que recibe .un movimiento de vaiven de un excéntrico fijo situado en el árbol de las ruedas; pero con esto sólo se consigue 0'66 del efecto útil. La~ ruedas de paletas presentan muchos inconvenientes: si el nrnr está agitado, sucede que, ya se encuentran sumergidas casi totalmente, ya por completo fuera del agua, de lo cual resulta, independientemente de la lentitud en la marcha, que la máquina experimenta sacudidas bruscas que perjudican al mecanismo. Si se trata de buques de guerra; las ruedas de paleta3 presentan aún mayores inconvenientes: colocadas en la parte más vulnerable del buque, están expuestas á los

HOGARES ORDINARIOS DE RE~ILLA

daños ocasionados por las balas, á parte de que, eIJ. el gran espac;io que ocupan no pueJen instalarse cañones. Propulsor de hélice. -Consideremos primeramente una rosca de filo muy saliente, fija debajo del agua en la parte posterior del buque, en direccion de su quilla. Si á esta rosca se le imprime un movimiento rápido de rotacion sobre sí misma, el agua, en virtud de su_inérciá, hará las veces de tuercas, y, supo.:.. nien,do que no ceda, irá avanzando la rosca, á cada vuelta, de una cantidad igual á su paso. Como el agu·a cede, no es posible utilizar todo el trab_ajo de la rosca, y una parte de él se pierde para repeler el agua hácia atrás. El trabajo útil aurüenta con la velocidad de rotacion, que, ordinariamente, es de 4 vueltas ·por segundo. Por lo comun basta una sola espira de hélice; y, para dar menos longitud á su árbol, se la divide en varias partes, que se distribuyen alrededor de~éste en una misma seccion. La fig. 155 representa en perspectiva una hélice cu_ya espira está dividida en tres partes ó alas a, a, a, dispuestas alrededor del árbol O O. . La flg. 156 representa un tipo de hélice de una sola pieza. · La héli~e se instala en la parte estrecha de la popa del buque, eI1frente del timon g (figuras 156 y 157). E~ta últüna figura r epresenta la seccion longitudinal de un buque de h élice, por el plano vertical qu~ pasa por la quilla. La abertura aa, provista de un marco de hierro, soporta el árbol i de la hélice . El otro árbol ·n, colocado . en la prolongacion del primero, p1;1-ede ser dependiente ó independiente de éste por medio de las palancas r, movidas por un ip.ang uito de cobre provisto de clavijas. El árbol n está movido por la máquina de vapor m, compuesta de cuatro cuerpos de bomba horizontales, situados de dos en dos á ambos lados del árbol n. Los pistones accionan, por m edio de bielas, en unos manubrios del árbol. A veces, el árbol n lleva un tambor dentado que hace mover un piñon, fijo al árbol de la hélice, cuya disposicion- permite dar mayor velocidad á ésta: e, e son las calderas, / la chimenea y s, s' las carboneras. Los únicos inconvenientes que tiene la ·hé-

I0'J

lice son: el desgaste rápido de los cojinetes que la soportan, á causa de su gran velociJad de rotacion, y la trepidacion que produce en la popa del buque. Calderas de los buques de vapor.-En los generadores de vapor de los buques, lo que principalmente se trata de obtener es disminuir el peso del aparato, conservándole al propio tiempo una gran superficie de caldeo. La forma que se les acostumbra dar es la que mejor se amolda á los costados del buque, consolidando los paramentos verticales opuestos con tirantes que van de uno á otro costado, para impedir que se abran. Estas calderas éontienen uno ó más hogares interiores, pro~ vistos de conductos de humo, esdecir,degrandes tubos que van á parar. á la chimenea, des pues de hab er dado varias vueltas á través del agua. La boca del hogar, que tambien se encuentra rodeada de agua, hene fijo el contorno al borde de una abertura practicada en una de las caras verticales de la caldera, con lo cual no hay necesidad de emplear hogares de ladrillo que recargarian el buque. En la caldera se disponen á veces divisorias destin adas á retener el agua cuando el buque se inclina . Calderas tubulares . - Para obtener •una gran superficie de caldeo se emplean calderas tubulares, inventadas en 1803 por Carlos Dallery, cuya forma es la siguiente: Dos recipientes, colÓcados uno encima de otro, comunican entre sí por un gran número de tubos verticales, llenos de agua, así como tambien el depósito. inferior. La llama del hogar circula alrededor de estos tubos, en los cuales se forma una grar1 cantidad de vapor que pasa al recipiente superior. En las calderas tubulares que se emplean hoy dia, ideadas par- Marc. Seguin, para las locomotoras, la llama del hogar pasa á través de los tubos, llamados tubos de fu ego, rodeados por el agua. La fig. r 58, representa dos secciones de una de estas calderas. F es el hog ar, en ei cual se echa eÍ combustible por la puerta p. La llama atrav iesa prim eramente dos gruesos tubos e , e , rodeados de agua; entra en el espacio f, pasa por el sinnúmero de tubos a a que atrav iesan la caldera, y de éstos sale por la chimenea C. S e vé con esto que la superficie de caldeo es taqto mayor cuanto mayor sea el número de tubos a a.- La entrada 1

I08

FiSICA INDUSTRIAL

del vapor se verifica por encima de la cámara de vapor H. En r se encuentra una: puerta, que, sólo se abre cuando se qu-ieren limpiar los tubos a·a. En la parte opuesta hay otra puerta semejante. El agua salada con que · se alimentan las calderas tiende·á saturarse y deponer la sal que contiene, por cuyo motivo, de cuando en cuando se saca el agua por llaves colocadas en la parte más baja de la caldera. Tambien se emplean bombas que funcionan de un modo contínuo. Por último, se ha imaginado cargar las calderas con agua dulce y alimentarlas con agua destilada proveniente de -la condensacion del vapor, que se hace pasar por un sistema de tubos, alrededor de los cuales circula agua fria. Locomotoras.

El descubrimiento de las máquinas de vapor de alta presion ha hecho posible la construccion de las locomotoras y su empleo para arrastrar los convoyes más pesados, sobre caminos provistos de barras de .hierro. No bien íué puesta en uso la máquina de ya por en los talleres y las fábricas, se trató de utilizar esta fuerza mecánica para la traccion de los vehículos, y, en aquella época, se hicieron ensayos para construir coches de vapor que rodaban sobre los caminos ordinarios. Un oficial suizo, llamado Plaiita, propuso en 1769 aplicar la máquina de vapor á la traccion de los vehículos sobre dichos caminos·. Un ingeniero francés, llamado Cugnot, llevó más lejos este proyecto, pues, construyó un carro de vapor con el que se hicieron varios experimentos en 1770, en presencia de Choisseul, ministro de Luis XV, y del célebre general Gribeauval, uno de los creadores de la artillería moderna. Sin embargo, la máquina de vapor, tal ~orno en aquella época exis1ia, no podía en manera alguna aplicarse á semejante uso, porque, siendo muy pequeña la cantidad de agua que era posible admitirse en el carro, hubiera sido preciso detenerse muy á menudo para renovar la provis:on de agua de la caldera. La figura 159, representa el carro de vapor de Cugnot. La caldera, provista de su hornillo, está colocada en la parte anterior, y el vapor suministrado po(ella pasa a_l través de un

tubo á dos cilindros, cuyos émbolos obran sobre las dos ruedas delanteras del carro, únicas motrices; pero el rozanµento poderoso de las ruedas sobre el suelo, que oponia demasiada resistencia á la fuerza motriz, y la pésima disposicion del aparato de vapor, impidieron el buen éxito de esta primitiva máquina de lo. comocion por medio del vapor. Estos primeros ensayos, sólo podian conducir á un resultado útil mediante el perfeccionamiento de las máquinas de vapor y · el descubrimiento de las de alta presion. Oliverici Evans, el inventor de la máquina de vapor de este género,. se ocupó en América, en 1 790, en construir carruajes de vapor destinados á recorrer los caminos ordinarios con el auxilio de una máquina de alta pre-sion; pero ningun resultado práctico ventajoso obtuvo. Inglaterra es el país en que por primera vez se consiguió reportar algunas ventajas del empleo del vapor en la locomocion. Trevitbick y Vivían tuvieron el mérito de esta primera ten ta ti va, y alcanzaron el buen resultado no conseguido en 1790 por Eva ns, porque, despues de fracasar como éstos en el proyecto de destinar los carros de vap9(á los caminos ordinarios, tuvieron la ·feliz idea de aplical\ la misma máquina locomotora á los caminos con rails de hierro, ya · en uso en aquella época en las fábricas y minas de In. glaterra. _Esta máquina consistía en una caldera cilíndrica, de hogar interior y con conductos de humo, en cuyo centro se encontraba un cuerpo de bomba · vertiGal. La espiga del pistan daba movimiento á dos manivelas, coloca.das en los extremos del eje de las ruedas, por medio de bielas. En este eje se colocó un volante para regularizar el movimiento que imprimia el vapor.· Una de estas máquinas se empleó en el país de Gales, en un ferrocarril de 3 leguas de longitud, dependiente de una mina de carbon . Arrastraba 100 toneladas de hlilla con una velocidad de · 2 leguas por hora; per"o, á causa de la poca superficie de caldeo, se debia acu=mular ei vapor antes de su partida, para irlo distribuyendo durante el trayecto. Muchos obstáculos se oponen en los caminos ordinarios á la rapidez de. la marcha de

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

los coches. Las ruedas encuentran gran resistencia por su considerable rozamiento sobre el suelo elástico que oprimen. Si el terreno es arenoso ó pedregoso, presenta desniveles que ·m algastan parte de la fuerza motriz en vencer estas pequeñas · pendientes accidentales; y, además, las rodadas que en el camino dejan los vehículos de todo género oponen dificul~ades á la regularidad de la marcha. En el siglo xvn empezó á hacerse uso en Inglaterra, para los trabajos de las minas, de carriles de madera, dispuestos á lo largo de los caminos, á fin de disminuir el rozamiento de las ruedas. Tendíanse en ellos unos maderos en línea no interrumpida, formandÓ una .especie de carril, por dentro los cuales corrían unos carros cuyas ruedas tenían un reborde ó diente que las manteni'.:l constantemente en el carril. Sin embargo, como la resistencia de la o:iadera no es grande, estos carriles se . deterioraban muy pronto, por lo cual se acudió á reemplazarlos con carriles de fundicion. Andando el tiempo, merced á la disminucion del precio del hierro, este metal sustituyó á la fundicion ;_ventajosa sustitucion que se verificó en 1 789. Los caminos de carriles de hierro estuvieron en uso desde aquella . época en muchas minas y fábricas de la Gran Bretaña. La traccion de los carros ó wagones se efectuaba por medio de caballos. · En 1804, los constructores Trevithick y Vivian reemplazaron los caballos, en los ferrocarriles de las minns, con su locomotora de vapor, que ya hemos descrito, representa· da en la fig. 160. en 18!3 hizo Blacket El ingeniero inglés un descubrimiento radica], demostrando . que cuando el peso de una locomotora es considerable sus rued_a s no resbalan sobre la lisa superficie del rail. El · mencionado ingeniero reconoció prácticamente que, á causa de las asperezas que tiene siempre esta s)lperficie por lisa que sea, las ruedas pueden hallar en ella un punto de apoyo que les permita avanzar. Habíase creído hasta entonces que, siendo las sup~rficies de la rueda y del. rail en extremo tersas, la rueda debía ladearse, ó, por lo menos, no avanzar sobre el rail sino perdiendo por el rozamiento una cantidad

enorme de fuerza; pero los experimentos de Blacket pusieron de manifiesto que, dando á la locomotora· u,n peso de muchas toneladas, se podía dominar este rozamiento y no perder por él sino una pequeña cantidad de tuerza. El resultado de este experimento fué poner en boga e~ empleo de las locomotoras en las vías férreas, á la sazon en uso, como ya se ha dkho, para el servicio de las minas. Jorge Stepbenson construyó en 18!2 u·n a, que, funcionó bastante ventajosamente en e'! ferrocarril de las fábricas de Killingworth (figura 161) . No obstante, el descubrimiento que provocó directamenté, por decirlo así, la creacion de los caminos de hierro actuales, es · debido á un ingeniero francés, Seguin, que construyó en 1829 la primera caldera de tubos; forma particular de caldera de vapor, en la cual, la superficie.de calefaccion, corno ya sabemos, es extraordinariamente extensa y p e rmite producir en un tiempo dado una prodigiosa cantidad de vapor. En 1830 se verificó en Liverpool, en Inglaterra, el hecho que determinó la creacion de los ferrocarriles europeos. Los directores del de Live:rpool á Manchester se decidieron á adoptar, para el servicio del mismo, el uso de las locomotoras, en· lugar de _máquinas de vapor fijas destinadas á remolcar los vagones, como primero se babia proyec.tado. Al efecto, abrieron un con~urso público, al que fueron invitados todos los constructores ingleses para que presentaran modelos de locomotoras, habiendo sido adjudicado el .premio á la llamada la Fusée, de Jorge y Roberto Stephenson. La superioridad que en esta máquina se advirtió, respecto de las demás que en el concurso figuraban, consistió en que el constructor había adoptado las calderas de tubos de Seguin. La fig. 162 representa esta locomotora. Locomotoras de seis ruedas.- La locomotora, corno ya sabemos, es una máquina de vap0r de alta presion, que, además de arrastrarse á sí misma, dispone de un ex ceso de fuerza para remolcar, á parte de su carga de agua y combustible, un número mayor ó menor de vehículos, que componen un tren ó convoy,

110

FÍSICA INDUSTRIAL

La fig. 163 representa en seccion los elementos esenciales "de una máquina locomotora. El aparato motor está representado con el cilindro A, cuyo émbolo obra, por medio de su v~stago y de la biela e, sobre un rayo de una de las ruedas m, para impelerla sobre los rails. Dos aparatos motores del mismo género están colocados á ambos lados de la locomotora, y obran respectivame nte sobre cada rueda motriz: este doble impulso determina la marcha del vehículo sobre los rails. El hogar se halla en M, cuyo espacio está dividido en dos partes por la rejilla que sirve de apoyo al combustible. C es el cenicero y M el hogar propiamente <;iicho, donde arde el combustible. La caldera, que ocupa por sí sola casi toda la extension del vehkulo, es de forma cilín- · drica y está atravesada longitudinalm ente P?r muchos tubos horizontales, cuyo número, en una locomotora ordinaria, pasa de ciento·. Estos tubos, que constituyen la causa de Ja enorme potencia de vaporizacion de las calderas de las locomotoras, sirven para dar paso al gas y al humo que se forman en el hogar y para multiplicar considerablem ente las superficies expuestas á la accion del fuego. Despues de haber atravesado estos tubos, los gases resultantes de la combustion pasan al espacio O, es decir, á la caja de humo, y salen al exterior por la chimenea P. Al atravesar los tubos con la elevada temperatura que han adquirido en el hogar, calientan los gases rápidamente el agua de la caldera, que.llena los espacios que los ~eparan; de este modo el calor se comunica á la vez ·por mil puntos diferentes, al agua, que, entra en ebullicion con extraordinari a rapidez y suministra en muy breve espacio de tiempo una prodigiosa cantidad de vapor. Como la fuerza de una máquina de esta clase es proporcional á la ·cantidad de vapor que en un mismo espacio de tiempo se dirige al cilindro, esta circunstancia, .es decir, la forma tubular de la caldera, explica la extraordinari a potencia propia de las máquinas locomotoras. En la extremidad del tubo p, esto es, á cierta distancia sobre el nivel del agua de la caldera, se verifica la toma del vapor. Esta parte del cilindro, que do.mina fa caldera, ha recibido el nombre de· cúpula de t•apo r. Éste

se introduce, por el extremo p del tubo q s, en el pequeño canal destinado á conducirlo á los dos cilindros colocados, como ya se ha dicho, á entrambos lados de 1a locomotora. Despues de obrar en el interior de los cilindros, ó sea, luego que se ha puesto en accion el émbolo motor que funciona en su interior, se esparce el vapor por fuera, por ser la locomotora una máquina de vapor de alta presion, en la cu::d , por consiguiente, no se condensa el vapor, sino que es expulsado q.espues de haber ejercido su esfuerzo mecánico sobre el émbolo. EL vapor que sale dé los cilindros, en vez de ser expelido pura y simplemente, como ocurre en las máquinas fijas que funcionan por alta presion, se dirige al interior del cañon de la chimenea de la locomotora por el orificio R del tubo O R, siendo definitivamente expelido al aire, mezclado con lós gases y el humo que salen del hogar. No sin motivo se arroja al cañon de la chimenea el vapor que sale de los cilindros. Semejante medio entra por mucho en la potencia misma de la máquina. Esta inyeccion contínua de una corriente de vapor por debajo del tubo de la chimenea, tiene por resµltado activar extraordinari amente el tiro de la misma; dicha corriente de vapor arrastra y barre sin cesar, á su paso, el aire contenido en el tubo de chimenea, y, entonces, á Ja extremidad opuesta, ó sea en el hogar, son atraídas sin cesar nuevas cantiJades de aire: .de este modo, el tiro del hogar adquiere gran energia. EL combustible arde con rapiJez bajo la influencia de la corriente de aire incesantemente renovada, de man~ra que el tubo soplador es una de las causas más activas de la potencia de estas máquinas. La fig. 163 pone á la vista la disposicion del tubo soplador en la parte anterior de la locomotora. En la seccion transversal se vé la terminacion de los tubos de humo de la caldera y la reunion de los dos tubos que,. procedentes de cada cilindro de vapor, se reunen en uno solo para formar el escape de vapor ó el tubo soplador que desemboca por debajo de la chimenea. La fig. 164 representa una locomotora con las diferentes disposiciones mecánicas que acabamos de enumerar y describir.

•

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

II I

Soporte.-La caldera y todo el mecanismo . cion que se desee por medio de un arco dende la locomotora están fijos á un bastidor ó tado dispuesto como el de la figura 136. _ soporte de hierro, que, apoya en los ejes de Al igual que en esta última figura, sucede las ruedas por medio de potentes muelles de á veces que el punto de articulacion del exacero. En el frente se encuentra el limpia - tremo inferior de la barra Z está fijo, y hi pavías, cuyo objeto es separar los obstáculos que lanca do' hace subir más ó menos el extremo puedan encontrarse sobre los rails. de una biela B, que, obra en la espiga de la caja En la locomotora que acabamos de descri- de distribucion. · La fig. 166 representa esta bir, los cuerpos de bomba se hallan entre las dic;posicion en una locomotora cuyo sistema ruedas, cuyo eje debe estar acodado dos ve- móvil es exterior. El bastidordescan~a en los ces en forma de manúbrio, lo cual en muchos ejes por rriedio de muelles situados entre las casos presenta dificultades, particularmente rueda.?, y los excéntricos e están fijos enfrenen las máquinas de grandes dimensiones. Ade- te de la manivela, en un punto sitU9.do en la más, el encontrarse las c:1jas de distri bucion prolongacion del ár'bol de las ruedas motriy la mayor parte del mecanismo debajo de la ces. Estos excéntricos accionan sobre el arco caldera, imposibilita su vigilancia y engra- a, sostenido por la palanca Z articulada en el ·sado durante la marcha, y hasta son muy mo- punto fijo o, cuyo arco hace mover la biela c !estos durante el reposo. Hoy día, se colocan de la caja de distribucion. Dicha biela, cuyo generalmente los cilindros al exterior de las extremo lleva un botan.que resbala en el arco ruedas, en cuyo caso, el chasis ó soporte ge- a, está articulada á una barra curvan L, que nÚal se encuentra-muy modificado. el maquinista levanta más ó menos por medio Corredera de Stephenson.-Toda locomo- del brazo de palanca L, dependiente de un tora debe necesariamente tener dos movimien- vástago qµe obra á su vez sobre un brazo fijo tos, el de avance y el de retroceso. Se requie- al mismo árbol que el brazo L. Pes la bomba re, además, que el maquinista pueda operar alimenticia, movida por la espiga del pistan. el cambio sin moverse del lugar que ocupa En s y s' están las válvulas: m es la biela que detrás de la caja de frn~go. Para· esto se han transmite el movimiento del pistan á la ma1_1iideado varios sistemas, abandonados sucesi- vela del árbol de la rueda motriz. v amente, Vy sustituidos en definitiva por la La inversion ó contra-vapor, durante la corredera ó colisa· Ste/)henson, que, además, marcha, fué por mucho tiempo una operapermite hacer variar la expansion durante la cion que sólo se utilizaba en casos muy exmarcha. Dos excéntricos e, e' (fig. 165) están cepcionales, puesto que, conservándose dusituados en el árbol de la¡; ruedas motrices, rante cierto tiempo el movimiento directo, á de manera que impelan las bielas B, B' en sen- causa de la velocidad adquirida, durante el cual tido contrario. Estas dos bielas están articu- el piston aspiraba .p or el tubo soplador, las parladas á los extrem·os de una corredera m nen tículas de carbon mezcladas con el humo, que forma de arco de círculo, cuyo centro se halla se encontraban en el tubo de chimenea, se inen el eje de las rueJas: dicho arco oscila alre- troducian entonces en el cuerpo de bomba, dedor de un· punto i<;leal colocado hácia su rayándolo é inutilizándolo prontamente_. Hoy punto medio. tes la espiga de la caja de dis- dia se evita esto por medio de un chorro de vatribucion, cuyo extremo lleva un boton que por, que, barre el espacio alrededor del orificio se introduce en la corredera. Esta espiga, guia- del tubo soplador, y permite dar contra-vapor da en, C, recibe así, de la corredera m n, un sin que perjudique en nada. Este contra-vamovimiento de vaiven 1 cuya extension y di- por es indispensable, tanto para parar prontareccion dependen de la posicion que toma el mente los trenes como para pausar la marcha botan en m n,· posicion que se hace ~ambiar en las pendientes, y, muy particularmente, subiendo más ó menos el arco m n por medio para las maniobras contínuas que ejecutan de la barra articulada l y de una palanca mó- las máquinas en las estaciones. vil alrededor del eje o o'; que gira por medio Vaporb¡_acion.-Como ya sabemos, la calde la barra Lt. Al extremo de esta barra se dera de ,las locomotoras se compone de dos halla una palanca de gatillo, fija ~n la posi- partes, la caja de fuego y el cuerpo cilíndrico,

II2

FÍSICA INDUSTRIAL

en el cual se hallari los tubos de fuego, en nú- vaporizacio n total, y hasta en algunos casos · mero de 100 á 125, y cuyo diámetro interior puede pasar del 50 por 100. Potencia de las locomotor as.-En estas rnávaría de 4 á 5 centímetro s. La superficie de la caja de fuego se llama superfict'e de caldeo di- quinas obra el vapor solamente -para hacer recto. En ella se produce la vaporizaci on más- mover la$ ruedas. Si la máquina adelanta, activa al encontrars e en reposo la máquina; p-r ueba que adhi-e?e á los rails; si e'stá remas, al estar en marcha, la superficie de los tenida por. un obstáculo fijo, las ruedas gjtubos dá el -mismo vapor, á igualdad de ·aire, nin en rotacion sin moverse del mismo sitio, por atravesarla la llama hasta llegar al otro es decir,· no hay traslacibn, que es lo que extremo. Pambour Observa que la vaporiza- tambien se verifica si la resistencia que debe cion, durante la marcha, es una·s cinco veces vencerse es mayor que la potencia de la mámás rápida que en estado de reposo, y que quina. Traccion. -La adherencia de las ruedas moaumenta con la velocidad, lo cual se explica fácilmente . Para obtener•la mayor cantidad trices á los rails es proporcion al á la carga posible de vapor se requiere que el orificio que soportan. En los experimen tos de Pamdel tubo soplador, que prod:rce el tiraje de la bour, la resistencia suficiente para que giren 1 · chimenea, sea tal, que la llama llegue á los sobre sí mismas es - del peso que soportan, 6 extremos de los tubos de fuego, sin que pase l . de allí. si los rails están secos, y baja hasta -20 si La cantidad de vapor producida por hora y por metro cuadrado de superficie de caldeo éstos _e stán mojados. Desde luego, el peso de es, generalme nte, de 60 á: 65 kilos durante la la locomotor a influye poderosam ente, como marcha: 1 kilo de cok vaporiza de 5 á 6 kilos ya hemos dicho, en la carga que pueda arde agua. El efecto útil del combustib le au- rastrar. La Fusée de Stephenso n apenas pesamenta cuando la superficie delos tubos aumei:i- ba 5 toneladas. Hoy dia las locomotora s peta tam bien con relacion á la superficie de la . san de 15 á 30 toneladas, y se han construido caja de fuego; lo cual hizo que Stephenso n pro- hasta de 700 toneladas.: por lo demás, las ruelongase el cuerpo cilíndrico, para que la su- das motrices sólo reciben una parte de esta perficie de caldeo fuese de unos 75 · metros carga. De los experimen tos de Pambour se deducuadrados, sin aumentar por esto las dimenque el esfuerzo de traccion que debe ejerce siones del hogar. Como en este caso la locomotora alcanza una grán longitud, han debi- cerse para hacer marchar un vagan sobre do aproximar se las seis ruedas de debajo de rails colocados á nível, es independie nte -. de 1 la caldera para evitar las resistencia s, en las la velocidad, é igual á _ ._ de su peso, es de. 233 curvas de las vias. La caja de fuego se halla entonces sostenida únicament e por el bastidor. cir, á unos 4 kilógramo s por tonelada. Supongam os que las ruedas motrices de la Posteriorm ente se ha. aumentado aún más la superficie de caldeo, hasta alcanzar unos 200 locomotora soportan un p.eso de 10 toneladas : la máquina podrá ejercer un esfuerzo de · metros cuadrados. · b k• , La tension del vapor en las locomotora s, 10000 1 666 11ogramos, so re rai 1s secos. que al principio era solamente de tres atmós- ·---6- = fe ras, varía hoy generalme nte entre 5 y 10 at- Luego, para resistir un tren semejante fuerza, sobre rails horizontal es, deberá pesar un · mósferas. La toma del vapor está situada, corno ya he- número de toneladas . x dado pOT la ecua· · ., 1666 . mas d~cho, en lo alto de úna cúpula, para que c1on 416 5, puesto que, una tox= - 4 no haya tanta cantidad de agua arrastrada mee á una resistencia de 4 kicorrespond nelada colocan la res constructo cánicameu te. Unos diendo este valor al estaCorrespon lógramos. la encima de la caja de fuego; otros cerca de que debe arrastrarse cárga la caja de humo, en donde la ebullicion no es do de equilibrio, tan pronunciad a. La cantidad de agua arras- ¡· deberá ser menor que este límite, y tanto más trada es, por lo general, un 30 por 100 de la reducida cuanto mayor sea la velocidad que se

i f3

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

pida. Por lo demás, siempre hay un poco de resbalamiento, siendo el espacio recorrido menor en todos casos que el producto de la _ circunferencia de una de las ruedas motrices por el número de vueltas. Esta pérdida depende del estado de los rails. Cuando deban arrastrarse convoyes muy pesados, ó debaf! franquearse grandes rampas, se dá el mismo diámetro á las seis ruedas, uniéndolas de tres en tres por medio de bielas articuladas á manivelas iguales, de suerte que, imprimiendo los émbolos movimiento á las seis ruedas, habrá seis puntos de adherencia á los rails, en. vez de dos. Con este objeto se han construido locomotoras de pequeña velocidad, con 8, 12 y hasta 14 ruedas iguales, de pequeño diámefro, unidas con bielas, para franquear rampas muy pronunciadas. Para calcul~r, en caballos, la potencia que debe tener una locomotora para remolcar n toneladas, con una velocidad de K kilómetros por hora, se evaluará el trabajo correspondiente. El esfuerzo detracciones igual á n X 4 kilógramos; la velocidad ó el espacio recorrido en . rooo _ 5 un segundo, es, en metios, K -- - - K. 3 6oo r8 El trabajo es, pues, 5 · K X n X ó ro n K. 4 r8 9 Tantas cuantas veces haya 75 kilográmetros en esta cantidad, tantos serán los caballosvapor que representará la máquina. Se vé con esto que la potencia de la máquina debe ~er proporcional á la velocidad y á la carga que deba arrastrar. Si suponemos esta carga igual á roo toneladas, y la velocidad K igual á 40 kilómetros por hora, la fuerza de la máquina deberá ser de 4444 ó caballos aproxi75 ' ' 59 ' madamente. En general, una locomotora consume 2 kilos de cok por hora y por caoallo. Tender.--Complemento indispensable de.la locomotora es el vehículo llamado tender, que, transporta el agua, el combustible y los enseres necesarios para la traccion. El cok está acumulado en un espacio en forma de herradura, rodeado de un depósito de agua cuyas paredes son de hierro fundido, y ·que contiene de 5 á 8 kilólitros de líquido. En él se intraduce el agua por medio de un cono hueco, hecho de cobre rojo, atravesado por unos agujeritos y sumergido en la caja posterior, FÍSICA,

IND,

como se vé en la fig. 167. Este cesto ó tamiz, por donde pasa el agua de alimentacion, sirve para retener las impurezas y los cuerpos pequeños que pudieran dificultar el juego de las bombas alimenticias. Los tubos de aspiracion de éstas van á parar al fondo de la caja, hácia la delantera del tender, y, dos válvulas manejadas por el fogonero sirven para dar entrada al agua en la caldern ó para interceptar su paso. El tender se sujeta á la locomotora con una barra de tiro, y al tren con un gancho que se enlaza con la barra del primer vagon, yendo siempre provisto de un freno que, obrando directamente sobre las ruedas, amartigua poco á poco la velocidad del tren cuando se trata de detenei: el convoy. · Las locomotoras de estacion y cercanias, á las que es preciso dar pequeñas dimensiones para que puedan pasar sobre los puentecillas de los caminos, reunen el tender y el apáratQ de locomocion en un sólo cuerpo de máquina llamado locomotora-tender. El agua y el cok se <;:olocan en ellas encima ó debajo del generador. Hay tres clases de locomotoras: las máquid . . .e · · d nas e via;eros, aiectas ·a 1 serv1c10 e 1a ve1ocidad; las máquinas de mercancias, destinadas al servicio de la pequeña veloéidad, y las máquinas mixtas, que, llenan indistintamente ambos servicios. Además de estas tres clases, hay las máquinas-tender, ya citadas, y las locomotoras de montaiia, inventadas por Engerth, que constituyen otros tipos especiales. La gr.an velocidad, en un ferrocarril, es, cuando menos, de 40 kilómetros por hora, Lás ruedas motrices de las máquinas destinadas á marchará gran velocidad, tienen mucho diámetro (hasta 2'3m) para que corresponda un gran desplazamiento á cada vuelta entera, y se las hace independientes de las demás ruedas. Los cilindros son muy cortós y el émbolo recorre un espacio pequeño. El tipo mejor de esta clase es la locomotora Crampton (figura 168), que, dá velocidades de 91ás de 120 kilómetros por hora. En estas locomotoras, cuyo centro de gravedad puede ser muy bajo, todo el mecanismo es exterior, lo cual facilita la vigilancia y el engrasado durante la marcha. Las locomotoras destinadas á remolcar los trenes de mercancías tienen ruedas Ínotrices T.

II.-15

.. ,

FÍSICA INDUSTRIAL 114 mucho más pequeñas y cilindros de vapor _m al conductora, de 15 centímetros de espesor, más largos. Además, las ruedas motr~ces están que contenga agua. Antes de partir el tren, enlazadas unas con otras por medio de una se calienta esta agua hasta 200º haciendo biela de empalme. Estas máquinas ganan en pasar, durante 5 ó 6 minutos, una corriente fuerza lo que pierden en velocidad y no recor- de vapor á 15 atmósferas, suministrado por ren más de 30 kilómetros por hora, si bien hay ;.m generador fijo. El agua produce .vapor, casos excepcionales. En el ferrocarril Great- que, se renueva á expensas del calórico acuWestern, en Inglaterra, cuya distancia entre- . mulado, á medida que la presion disminu. rails es de 2' 134m, hay máquinas de la fuerza ye durante la marcha, pasando á una cúpula de 100 caballos, que, arrastran 120 toneladas superior y de ésta al cuerpo de bomba. Al con una velocidad de 80 kilómetros por hora, cabo de un trayecto de 15 kilómetros, que se las cuales, provistas de car bon y de agua, que recorre en una hora, la temperatura del agua representa 4 toneladas, pesan 3 5 toneladas. se mantiene aún á 115° y la tension del vapor Las ruedas tienen 2'50"' de diámetro, y la lon- á 5'5 atmósferas. La economia que se obtiene es de 70 por roo sobre la traccion animal. gitud de la máquina es de 7'3orn. En América, la máquina Medoc, locomoMáquinas cuyo funcionamiento es semejante tora mónstruo, cuya potencia es doble de las al de los motores de vapor. locomotoras· ordinarias, remolca 80 vagones cargados, cuando las ordinarias sólo arrasMuchas son las tentativas que se han hetran 50. Otra máquina, ensayada en 1875 en cho para sustituir la fuerza expansiva del vael ·ferrocarril de Pensylvania, arrastra roo por por la de distintos gases. Se ha ensayado vagones. Estos enormes aparatos sólo pueden el gas hiq.rógeno, inflamándolo al salir del estar soportados por rails de acero, cuyo 1;1so cuerpo de bomba; el ácido carbónico, el gas amoníaco,· que, se hadan desaparecer, el uno se extiende más y más cada dia. El tipo más _notable dd sistema Engerth disolviéndolo en agua de cal, y el otro en está representado en la fig. 169, y se debe á agua pura. Tambien se ha intentado nuevaun ingeniero austriaco. mente echar mano de la pólvora, . ensayada La velocidad de las máquinas mixtas varía antes por Huyghens y Papin, mas todos estos entre 3 5 y 50 kilómetros por hora. Sus rue- ensayos dieron resultados muy peco prác1 das acostumbqm terier 1'5 metros d~ diáme- ticos. métro, constituyendo todas sus disposiciones Motores .de aire comprimido. - Ya hemos una especie de término medfo entre las de visto en la pneumática el modo como se utipequeña y gran velocidad. liza el aire comprimido para dar movimien. El peso total de la máquina y del tender to á las máquinas, cuyo funcionamiento es reunidos asciende, próximamente, á 46 tone- muy semej.ante al de los motores de vapor. ladas en la Crampton, á 63 en la Engerth, y Estas máquinas no engendran ningun trabaá 35 en las máquinas mixtas. jo, y sí sólo reproducen una parte del que ha Locomotoras sin /uego.-Se emplea hoy debido consumirse para comprimir con anteladia en algunos tranvías y ferrocarriles de las cion el aire en un recipiente, el cual contiene ciudades, llamados Americanos, unos grandes entonces una provision de trabajo que luego coches provistos de pequeñas máquinas. de utiliza la máquina. F_ero este trabajo acumuvapor de caldera vertical: pero, á causa de la lado es siempre inferior aJ consumido para molestia que ocasionan el humo y el fuego en dar movimiento á las bombas efe compresion, las calles, se han ideado locomotoras sin fue- · á causa del .calórico que desprende 1a comgo, empleadas en Nueva Orleans, que, nota- presion del aire; calórico que se disipa luego blemente perfeccionadas por Franck, han cir- y representa un trabajo perdido, pudiendo culado por París en el tranvia de San Agustín llegar á ser el 40 por 100 del suministrado. á Neuilly. En estas máquinas, la caldera y Esta pérdida tan considerable se atenúa algun su hogar se sustituyen con un depósito, de tanto comprimiendo el aire. con lentitud, lo plancha muy resistente, preservado de los cual disminuye la fuerza viva y el calórico enfriamientos por medio de una envolvente desarrollados.

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

Los motores de aire comprimido presentan obstruirlas .más ó menos segun la posicion la ventaja considerable de poder transmitir del sist~ma de pistones. El muelle r r, cuya á distancia el trabajo empleado para com- tension se gradúa por medio del tornillo e, les primir el aire, por medios poco costosos, impele hácia la izquierda; mas, así que se incomo caidas de agua, cual se practicó en la troduce el aire comprimido, comunica su preperforacion del monte Cenis. Permiten tam- sion por las aberturas e, e á la superficie exbien, en máquinas transportables,. llevar con terior del piston, y le impele hácia la derecha ellas el depósito d,e fuerza destinada· á hacer- · hasta el límite de resistencia del-mueile r, obslas mover, como hizo Andraud en los en- truyéndose entonces notablemente las abertusaybs sobre locomotoras de airo comprimido. ras o, o. Al disminuir la presion del aire en T, Debido á los m11chos perfeccionamientos y, por consiguiente, en e, e, el muelfe r r introducidos en estas-máquinas, se han podidG vuelve á impeler los pistones; las aberturas combatir.varios inconvenientes que los repe- ·o, o, se abren; y como, por ser menos compritidos ·experimentos han puesto en evidencia. mido, el aire afluye con más abundancia, el La primera dificultad proviene del frio re- efecto producido permanece el misrrio, siemsultante de la expansion del aire en el cuerpo pre que el aparato esté debidamente ajus- de .b omba, cuyo frio es tal, cuando el gas es tado. muy comprimido, que los aceites y la hume- Motores de aire dilatado.-Tambien se ha dad se c<i>ngelan é impiden el movimiento · tratado de sustituir la tension del vapor por del émbolo. Mek:arski evita este inconve- · la fuerza expansiva del aire calentado, con .niente haciendo pasar el aire, antAs de que cuya substitucion, el objeto principal consiste penetre en el cuerpo de bomba, á través del .en economizar la gran cantidad de calórico agua, á 150°, contenida- en un recipiente, que, que pasa al estado latente en la formacion se llena antes 4.e la partida por medio de la del vapor. Montgolfier fué el primero que caldera del motor de vapor que dá movimien- empleó la fuerza elástica del aire dilatado: Sito á las bombas _d e compresion. El aire se guió luego Niepce, y, por último, Ericsson, calienta en este recipiente, saturándose, ade- que, construyó en América una máquina de más, de vapor, _el cual, al con_d ensarse duran- aire caliente, destinada á un gran buque, la te la expansion, cede su calórico de volatili- cual varrios á describir como ejemplo de esta zacion. clase de motores. Otra condicio:n muy importante consistia Jvlotor Ericsson . ....,... En un gran cuerpo de en graduar el paso del aire para obtener un bomba, de fondo esférico o (fig. 171), ·abierto trabajo uniforme, á pésar de la disminucion circularmente en e, se mueve un ~pistan P contínua de la presion á medida que sale el formado de materias no conduct~ras del caaire del depósito. Ribourt aplicó á las lo- lórico. El-movimiento de este piston se cocomotoras de aire comprimido, empleadas en m.u nica, por la espiga B, á un balancín artilos trabajos de perioracion del monte San culado en e, c. El aire comprimido, contenido Gotardo, un regufador automático, que, llena en C, pasa debajo del piston P por el tubo b, muy bien esta condicion, y cuya seccion ·está por la· caja de distribucion t r que contiene representada en la fig. 170. El aire que sale unas válvulas cuyas espigas deben su movidel depósito, entra por el tubo T y pasa á un miento á la máquina, y, po.r último, á través cilindro que contiene dos pistones ó émbolos de un sistema de telas metálicas T. Así que P, n,. unidos por una misma espiga v, é igua- llega á o, este aire se dilata al contacto_cori les entre sí; de suerte que la presion del aire el fondo. del cuerpo de boinba muy calentano puede desplazarlos. Pasa el aire luego por do por el hogar que tiene debajo. Subido el unas aberturas o, o á un espacio anular, · de piston por la fuerza expansiva del aíre dilatadonde va por un tubo R al cuerpo de bomba. do, en cuanto llega á lo alto de su carrera se A las aberturas o, ~ se aplica i'nteriormente abre la válvula r, mientras que la válvula un reborde cilínd_rico, sostenido por el piston superior se cierra, y el pistan P · baja, ya por de -Ia izquierda, provisto de aberturas que su propio peso ó por contrapesos convenienpuedan coincidir con. las aberturas ·r,, ~o., ú , te.ment.e_dispuestos, saliendo po~ el tubo a~! · ,

FÍSICA INDUSTRIAL

aire que se encuent ra debajo, despues de haber atravesa do las telas metálica s T, á las cuales cede la mayor parte del calórico que le ·q uedaba. Al volver á adquirir las vályula s t, r su primitiv a posicion , el aire que se en~uentra comprim ido en C atravies a estas telas caliente s, y llega á o con gran calórico . Falta indicar el sistema de compre sion del aire en C. Debajo del cuerpo de bomba que contien e el piston P, se encuent ra otro de menor diámetr o, que contien e otro pistonp , movido por el primero , al cual está unido por las espigas l, l. Este piston, juntame nte con las válvula s s, s', de las cuales la primera se abre de fuera• á dentro y la segunda de dentro á fuera, constitu yen una bomba de compre sion que impele el aire al recipien te C durante la marcha de .la máquin a. -El motor de Ericsson no respond ió ciertamente á lo que esperab a su invento r, y ha debido renunci arse á él. Para obtener buenos resultad os debe darse una gran tempera tura al aire, lo que hace que se alteren rápidamente los metales con su contacto . El empleo de telas metálicas, tan raciona l en teoría y que constitu ye la patte más origina'! de esta máquin a, dió resultad os muy insignif icantes, 1:o ·cuá.J ha hecho que en los motore:s térmicos inventa dos despues se prescind iese de ellas. Máquin a de Laubere au. - · Como segundo '. ejemplo citarem os el motor de aire caliente de Laubere a u, que, present a la particularid ad _de que sea siempre la misma masa de aire la que se calienta y se enfria alternat ivamen te. La fig. 172 represe nta una seccion de este aparato: e es un cuerpo de bomba en el cual se mueve un piston p cuya espiga b acciona sobre una manive la m, y hace girar el árbol o·o' de un volante . En un segundo cuerpo de bomba se mueve una masa · de yeso P, de contorn o cilíndric o, que no toca á las paredes , y recibe un movimi ento b~usco de arriba· abajo y de abajo arriba, alternat ivamen te, por medio de un excéntr ico fijo al árool o o'. La tapa a a y la parte supetior de este cuerpo de bomba son de doble envolve nte , y están atravesa das sin interrupcion .por tina corrient e de agua fria. Elfondb, -por lo contrari o, se conserv a á una temperatur a mu.y ?.ltá; .y a por un hogar .ó por

llama de gas. Supong amós que la masa m esté en la parte superio r: el aire que se encuent ra debajo de ella se dilata por su contacto con el fondo caliente , y pasa por el tubo t de debajo del émbolo p, al cual hace subir. Al llegar este émbolo al punto más alto de su carrera, la masa P baja inmedia tamente , el aire comprim ido de la parte superio r a se contrae por su contacto con las paredes frias, y la presion atmosfé rica hace bajar el pistori p. Entonce s, la masa P sube bruscam ente; el aire se dilata de nuevo al contacto con el fondo, y el piston p spbe; y así siguiend o .. Este ingenio so aparato sólo es suscept ible de emplearse en pequeñ a escala. Motores de gas inflama hle.-En estos aparatos, que realizan de la manera más ventajo sa el empleo de los gases dilatado s para pro. ducir el movimi ento, se calienta el gas por su propia combus tion en el cuerpo de bomba, · en donde se le inflama . Al cabo . dé muchos . ensayos , practica dos principa lmente por Hugon, Lenoir pudo consegu ir, perseve rando en ello, establec er la máquin a que lleva su nombre . Motor Lenot'r .-La fig. 173 represe nta una seccion horizon tal de esta máquin a: P es el émbolo, cuya espiga, por medio de la biela b, Las dos caobra en el árbol de un volante cuerpo del lados ambos á situadas jas T, T', excénlos á de bomba, se mueven debido tricos m, m' colocad os en el árbol del volante. Una de estas cajas, T, gradúa la introdu ccion de la mezcla gaseosa ; la.otra, T', permite la salida de los gases despues de produci do su efecto. Para poner en movimi ento la máquina, se principi a por mover. el volante para que el piston cambie de sitio, esto es, en direccion de la flecha; entonce s se aspira el aire por la abertur a o, que comuni ca con la atmósfera: el gas inflama ble lo está por el conducto e, que se coloca frente de una abertura del tubo G que conduce este gas. Las abertura s · son tales, que este gas se mezcla con el aire en la proporc ion de 1 á 9. Al poco · rato, el movimi ento de la caja cierra todas las abertura s y se produce n en e una série de cht'spás eléctrt'éas, que. inflama n la mezcla, la cual, imprim e una impulsi on enérgic a al piston, á causa de la alta tempera tura producida pd"r la combus tion. Durante este tiempo,

HOGARES ORDINARIOS DE REJILLA

el aire que ·se encuentra en C' sale por o'. aislada como elJa. El a1'ambre+atermina en Al llegar el pisten al término de su carrera, una tercera placa aislada l l, paralela á las dos ejecuta el retorno en virtud de -la velocidad primeras. La espiga del émbolo lleva una adquirida por el volante; la caja T cambia de placa de cobre en forma de U invertida, de posicion, y el aire y los gases son aspirados brazos desiguales, de los cuales el más largo en O', hasta el instante en que, cerrando la resbala por la placa l l y el otro por' las placaja todas las aberturas y produci~ndose las cas n y n'. Al tomar ia placa U la posicion r, chispas en e', la mezcla de los ·gases se infla- , la electricidad pasa·de Z-Z á n, produciéndose ma otra vez, dando una n:uéva impuls-ion al las chispas en e; y Guando el movimiento del émbolo, que la comunica al volante, mien- émbolo transporta esta placa á r', la electritras los gases que se hallan en C salen por la cidad pasa de l l á n', produciéndose las chiscaja T la cual se ha colocado de tal suerte pas en .e' . Hugon simplifica esta parte del aparato que les permite la salida. Ls. cantidad de gas que se mezcla con el determinando la inflamacion por medio de un aire tiené una gran importancia bajo todos mechero de gas, móvil, que se aproxima alterconceptos. Tal como está constituida, puede nativamente á las abertur~s practicadas en decirse que la mezcla apenas dá explosion, de los dos extremos del cuerpo de bomba, las suerte que no se produce choque ni sacudida. cuales se cierran inmediatamente con una La fuerza de expa.n sion, que representa unas colisa movida con un excéntrico. El' motor Lenoir presenta grandes ventajas 6 atmósferas, no es ni mayor hi más rápida que la que,. produce el vapor á igual presion siempre que se pueda utilizar el gas del alumal precipitarse en el cuerpo de bomba. Hay brado. Está contínuamente en disposicion de máquinas de esta clase en las cuales se in- ponerse en marcha y no produce ningun yectan., en el cuerpo de bomba, á cada golpe gasto cuando no funciona. Co~ él, ya no se de émbolo, algunas gotas de agua que, con- necesitan hogares, ni chimeneas_, ni bay pelivirtiéndose en vapor, aumentan la expansion gro de incendios; ya no hay necesidad de calal par que el trabajo producido, sin aumentar deras, y, por tanto, no pueden producirse explosiones; tampoco se requieren depósitos de los gastos. . carbon, ni . fogoneros, ni aparatos de seguriComo el cuerpo de bomba se calienta eón rapidez, se le cubre con una envolvente mm dad, qu~ deben vigilarse siempre. Además, por la cual circula agua, que, entra por la ,este motor puede instalarse en un punto cualparte inferior y su be por sí misma por un quiera y ponerlo en marcha en el instante alguna ante tubo especial despues de haberse calentado. que se desee, sin preparacion . , Réstanos indicar el procedimiento por el rior. En las· grandes fábricas se puede fabricar el cual se producen las chispas eléctricas destinadas á inflamar la mezcla gaseosa . La ele.c- gas para el motor á muy bajo precio. Isoard tricidad la producen dos pilas de carbon B, mezcla el vapor de agua recalentado 1 con alobrantes sobre una bobi11:_a de Ruhmkorjf R quitran de hulla, que, descompone en tubos de de donde salen dos alambres, uno, - a, que hierro llevados al rojo, produciendo con ello va á parar al cuerpo de bomba, y el otro+a, un gas que no llega á un céntimo el metro á un conmutador k, colocado debajo de la es- cubico. Tambien puede reemplazarse el gas piga del émbolo, cuyo alzado se vé, aparte de con vapores de aceites esenciales procedenla figura, en r k r'. En e se hallan los alam- tes de la destilacion de los alquitranes y de br..es de plati'no, cuyos extremos, muy aproxi- los esquistos bituminosos: una vez puesta en mados, van al interior del cuerpo de bomba, marcha la máquina, el calórico del agua que con el cual comunica uno de ello~,:.. mientras circula. alrededor del cuerpo de bomba basta , que el otro, que pasa por un agujero cubierto para vaporizar el aceite . En cuanto al consumo, comparado con el con una pasta aislante, termina en una placa de la máquina de v apor de igual potencia, de cobre n. Existe en e' la misma disposicion, sólo que eÍ alambre aislado comunica unos admiten· que el motor á gas sólo exige con otr.a .placa '1i', separada de la prünera y un metro cúbico de gas por caballo y por

FÍSICA INDUSTRIAL

hora; otros estiman que se necesitan 3 metros cúbicos. Una máquina de vapor, de la fuerza de 4 caballos, consume, por hora y por caballo, unos 5 kilos de car bon, que cuestan 20 céntimos; pero los gastos accesorios son tales en estas últimas máquinas, que dan ventaja al motor á gas. . Otto · y tangen hacen obrar la presion atmosférica, y, con ello pan construido una

• . r ¡

máquina de gas inflamable, de simple · efecto, tres veces menos dispendiosa. El gas que se introduce ·debajo del piston, se inflama por medio de un mechero encendi:de, el cual, repele el émbolo' al punto más alto del cuerpo de bomba, encargándose luego la presion atm.o sférica de-hacerlo bajar . así que el gas caJientey el vapor producido por la combustion se han condensado.

...

CAPÍTU .LO I I I CHIMENEAS

Tiraje de las cI?-imeneas _J~~

~ RELIMINARES.-La chimenea es el ~

¡¡

aparato que generalmente se ~ ~ \ emplea para que el combustiGlÍ~I ble de los hogares reciba el ~~ aire necesario para s1,1 combus- · tion. ~ ""~v.=.= Una chimenea no es más que ~ un tubo vertical, cuyos extremos comunican directamente con la atmósfera y por cuyo ínterior pasan los gase·s calientes. La diferente densidad de los gases interiores y el aire atmosférico determinan una diferencia de presion, que, produce una absorcion en la base de la chimenea, .Y, por consiguiente, un ·movimiento ascendente más ó menos rápido en el interior del tubo, segun la altura de la chimenea y el ex ceso de temperatura de los gases calientes, con relacion al aire exterior. Esta absorcion recibe el nombre de tiro ó #raj e. La chimenea se coloca, generalmente, á continuacion del aparato de caldeo, y recibe los gases que salen del hogar , que, se enfrian parcialmente al contacto con el receptor. Estos gases están formados por una mezcla de ácido carbónico, óx ido -de carbono, ox ígeno, ázoe, hidrógeno, vapor de agua é hidrógenos carbonados: su composicion es muy variable, segun la naturaleza del combustible,

J ")

la cantidad de aire empleado y las circunstancias de la combustion, de lo cual ya se ha tratado antes. · En general, la densidad media de tales gases difiere muy poco de la del aire atmosférico, á la misma temperatura. El ácido carbónico tiene una densidad mayor; el vapor de agua, el hidrggeno y los hidrógenos carbonadas, tienen una densidad menor, lo cual, en cierto modo, establece compensacion. De los análisis de Scheurer Kestner resulta que la composicion media de los gases de la combustion de una hulla ordinaria, quemada con un volúmen de aire de 50 por 100 en ex ceso, es la siguiente: DESIGNACION DE LOS GASES

Volúmenes metro cúbico de mezcla. I

vJttlr o cúóico.

Acido carbónico . . O xígeno . Ó x ido de carbono. Hidrógeno. Hidrógenos ca rbon ados. A zoe. Vapor de agua.

o' r ro 0' 060

Peso en

t metro cúbico de mezcl a.

Ri lógraJJlOS .

0'005 0'00.3 o' 74 5 0'074

0' 21747 0'08580 o' qo.37 4 0'00048 0' 002 16 0 '9.35 72 0'05920

1'000

1'.3045 7

0'003

---

Así, el metro cúbico de los gases de la combustion, á oº, pesa 1')0411: , aprox imadamente;

ªº y corno

FÍSICA INDUSTRIAL

el metro cúbico de aire, á la misma temperatura, pesa 1'293 k, se pueden considerar las dos densidades corno prácticamente iguales. Por lo tanto, en adelante supondremos la densidad de los gases de la combustion igual á la del aire atmosférico, á la misma temperatura y á la misma presion. TEOR:IA DEL TIRAJE.-Consideremos una chimenea A BCD, de altura H (fig. 174), llena de gases calientes á una temperatura t, que, supondremos uniforme en toda la altura y superior á ·la temperatura. 6 del aire exterior. En la seccion vertical A B, á la entrada del tubo, se manifiestan dos presiones en sentido opuesto; la una, F, del exterior al interior, que es igual á la presion atmosférica en este nivel; la otra,/, del interior al exterior, que es igual á la presion atmosférica en el vértice de la chimenea, sumada con la presion pl'oducida por la columna de gases calientes; así, pues, el movimiento se producirá por la diferencia de presion F-/. . . Llamemos Z la presion atmosférica, por unidad de superficie, en la zona horizontal M N que pasl;l por el vértice de la chimenea; sea Q la seccion del tubo en A B, y d la densidad del aire exterior á,. o°, con relacion al agua (d 0'001293 para la presion atmosféricanormaJ, de 0,76 de ·mercurio). La presion Fes igual á Ja presion en el vértice de la chimenea, mas la producida por una columna de aire exterior, de altura H y de temperatura a, en la seccion Q; por lo ta_nto, esta presion es

que es el exceso de presion del exterior sobre el interior, el cual ?e representa en toneladas de 1 ,ooo kilógramos siempre que H y Q se evalúen en metros. Para deducir la velocidad de salida de los gases en la chimenea, se emplea la fórmula • general

V=~2gl~ en la cual, h representa la alt_µra de una columna de fluido que sale, produciendo el exceso de presion. En el caso particular que tratamos, es la altura de una columna de gas, á la temperatura t, que produce la presion F-/ en la seccion

F = Z Q+H Q ~ -

+aa

Para la presion /, la c0lumna de aire exterior está sustituida por la columna de los gases interiores, á la temperatura t y á la derisi-

Q I

+º(X t

dad +ºa t' puesto que, despues de lo que ya 1

se ha dicho, las densidades á oº de los gases interiores y exteriores son sensiblemente las mismas; y se tiene: /=ZQ+HQ ~ t . 1+0:

Restando, se tendrá:

~º ª t la densidad del

F - f.

Sustituyendo F-f. por su valor, y simplificando, se tendrá: (1)

y, por lo tanto, V=

V2gH

(X (t - 6) I

+a 6

Sea E la altura de agua que mide la depresion producida por una chimenea, es decir, que ejerce la presion F-/ sobre la seccion Q; y, siendo la densidad del agua igual á 1, se tiene:

Enx1=F-t

F-I ·o

Sustituyamos F - / por su valor: E-Hd

a 0

gas, para determinar h se tiene

Siendo

(

O) ( 1 t + at-a

a t)

E es la depresion, en metros, de altura de agua, producida por la chimenea, que, se puede considerar como la diferencia de dos alturas a.e agua,· la una

~~~ =

-t-dºo: 6

que

es la presion producida por la colu.mna de aire frio, de ~ltura H; la otra~

~º a: t,

que es la presion producida por la columna de aire caliente, de igual altura.

CHIMENEAS

121

Si sustituimos este valor de E en la fórmula V

v/·_2g

2 g H ex (t - 6) (1+ex6)(1 ,+R).

: , r~lativa al derrame de los

gqses por un orificio con débil exceso de . El peso derramado es, como el volúmen, presion, y sustituyendo igualmente d por su proporcional á la seccion y á la raí1 cua drada de la a/jura de la chimenea; pero, valor 1 ~º ex t , se obtiene la ecuacion como n,o es proporcional á la raíz cuadrada de la diferencia de temperatura, varía como V 1 / -2 g H ex (t - 6) . (3) 6 I +ex6 V la raíz cuadrada de la funcion ( t ·;- · . )' ,

ex l

1 -

A esta velociélad V, calculada de este modo, se le \lama á veces velocidad teórlca; pero seria más exacto decir que es la velocidad que tendría lugar si no existiesen resistencias. Como éstas existen siempre, á cqusa de los roces, los cambios d~ direccion, de s¡:iccion, etc., para obtener la velocidad real. v se debe emplear la fórmula

·2gE

· d(1+R)'

R es el coeficiente total de resistencia, que depende de la forma y de las dimensiones de los conductos por donde eirculan los gases absorbidos por la chimenea; susceptibles, de calcularse para cada caso particular. La fónr,nila demuestra que la velocidad es proporcional á la raíq: cuadrada de la altura de la chimenea y del exceso de temperatura. Volúmen derramado. -El volúmen derramado, _por 1 es: 1 ',

g H ex (t - 6)

+ ex O) (r + R) .

El volúmenes, ,como la velocidad, proporcional á la raíq: cuadrada de la altura de la chimenea y al exceso de temperatura. Por lo tanto, aumenta indefinidamente con este exceso, siendG además proporcional á la seccion. Peso de los gases derramados.-El peso de los gases derramad~s, por .1", es,· en kilógramos: (6)

= I 000 Q Vd =

FÍSICA. IND.

1000 Q 1

do f ex t

ex (t - 6) ( I + ex t) ex t)' (1

+ ex t)• - o:

ahora bien, 1 ex t no puede ser n1J.la ni infinita; resulta, pues, 2

que, para una chimenea, dá:

(5) Q= Q v = Q

cuya funcion tiene un máx·imo, para una temperatura, que se obtiene igualando la derivada á o, y se convierte en

ex (t -

=1+

ex t

= -Iex

(7),

que es la temperatura que dá el máximo de peso derramado, es decir, el tira je ·máximo. ,Para 6 = o, se tiene t = 273°;-para 6 = 14°, . este máximo corresponde á 300°. No es de extrañar que exista un máximo para el peso del gas derramado, pues, este peso es igual al producto del volúmen por la densidad; y, si por un lado 1a·e1evacion de temperatura hace aumentar la velocidad y el volúmen, por otro hace disminuir la densidad. Si bien la existencia de este máximo no se , ha podido comprobar con experimentos precisos, con todo, concuerda perfectamente bien con la práctica. Se ha notado que en los hogares de calderas de vapor, la temperatura de los gases de la chimenea puede variar, dentro de límites muy extensos, sobre y debajo· de 300°, sin que varíe el tiraje de un modo.sensible, lo cual indica la existencia de un máximo ; en ciertos casos, en los hornos metalúrgicos particularmente, se encuentra aumentado el ti.raje al enrriar los gases demasiado calientes, antes de entrar en la chimenea. El siguiente cuadro indica los valores de las velocidades, volúmenes, pesos y excesos de presion, con relacion á un exceso de temperatura de oº á 2000° ; cuyas cifras se han calculado, empleando las fórmulas anteriore~, T.

II.-16

122

FÍSICA INDUSTRIAL

para una seccion igual á la unidad (Q = 1) y una altura igual á la unidad tambien (H = r). La temperatura exterior se ha supuesto á o (º = o), y nulas las resistencias (R = o).

dro {col. 3), correspondiente al exceso de temperatura, por la raíz cuadrada de la altura, y luego por la seccion. Por último, la depresion se obtiene, para . cada exceso de temperatura, multipljcando el Cuadro de las volooidadM, voltímonos, pMos y doP.r osiones para ,·arios oxoMos número correspondiente de la 4. ª columna de tomperiLtura, on una chimenea de 1 metro de alto y seocion do 1 metro por la altura de la chimenea. Téngase en cuenta qµe estas cifras sólo se cuadrado. aplican al derrame sin resistencia; por lo ,. Depresiones Pesos tanto, se deben reducir en mayor ó menor . Velocidades en milfmetros ó volúmenes en en TEMPERATURAS de agua á o•. · proporcion segun los· roces, remolinos, etc., kilógramos. metros. p E VóQ t que experimentan los gases -d ur.ante su circu' 4 3 2 1 laoion, antes de llegar á la chimenea, cuyas ' resistencias están caracterizadas por el coefi0'02230 0'762 0 '5999 5 ciente R , 1'071 0'04581 10 0'8484 0'06747 1'274 Las váriadones de velocidad, de volúmen, t'o389 15 0 08845 1'446 20 I' 1999 de p~so y de presion, con relacion á la tempeo'ro87 l '34 I 6 1'590 . 25 ' ratura, están representadas en la_fig. 17 5 por 0'1293 I '725 1'4695 30 0'1656. l '6-968 1'915 40 medio de curvas. 1 0'2006 2'073 ~'8972 50 Las abcisas son las temperaturas de los ga2'202 0 ' 2 334 2'0781 60 ses en la chimenéa. 2'400 0'2936 80 2'3998 0 '347 1 En ordenadas, la curva O NA representa 100 2'6832 2'538 2 660 0'4068 2'9998 125 las velocidades y los volúmenes; la curva 2'74r o'4592 3'5861 150 O M B, los pesos; la curva O P C, las depre2'812 0'5088 175 3'5493 0 200 2'829 siones. '5473 3'7945 2'85 I 0'5850 225 4'0248 Examinando detenidamente estas curvas ó• · 0'6188 2'861 250 4'24 24 las cifras del cuadro-, se vé que: 0'6496 2'864 275 4'4495 .. • 1 2'860 Las velocidades y los volúmenes crecen in . 0'6776 300 4'6465 0'7036 2'853 4'8372 325 9-efinidamente con la temperatura; la curva 0'7270 2 841 5'0197 35° , es una parábola. · 2'827 0'7489 5'1960 375 2'8 l l 0'7691 Los pesos de ·1os gases derramados aumen400 5'3664 0'8.369 2'73~ 500 5'9999 tan muy rápidamente al principio con la tem0'8892 600 2'653 6'5724 peratura; de oº á 50°, la curva es una lj.nea 2'572 o'93o7 700 7'o979 2'493 casi recta y algun tanto inclinada con rela800 0'9645 7'589r 2'418 o'9925 8'0496 900 cion á la vertical; seairquea de 50º á 150°, y, á 1'016 1000 8'4850 2'249 partir de esta cantidad hasta 500º, varía mu:Y 2'066 1'094 10'3571 1500 1'860 1' 136 poco el peso., pasando por un máximo hácia 2000 11'99.92 273°. Para un exceso de 2'741k ~s de r 50°; sube Conocida la altura de una chimenea, su á 2'864k para 273°, y vu'élve á bajar á 2'736k seccion, y el exceso de temperatura, ·por me- pára 500°, separándose muy poco del térmidio de este cuadro se puede calcular •fácil- no medio 2'8ok. Entre 200º y 400º es ~asi mente la velocidad, el volúmen y peso de constante; los valores límites son 2'829, 2'864, los gases derramados, así como tam bien la 2'8u, cuyo resultado tiene ·gran importanfia, y demuestra que la tempei:atura de los gases, depresion producida. Para tener la velocidad, se multiplica el nú- en una chimenea, puede variar entre 150° y mero d~l cuadro (col. 2), .correspondiente al 500º sin que varíe sensiblemente el peso deexceso de temperatura, por la raíz cuadrada rramado . . La depresion crece indefinidamente- con el de la altura. El volúmen se obtiene luege exceso de temperatura, cuyo aumento es multiplicando por la seccion. Para conocer el peso, en kilógram.os, derra- tanto menos sensible cuanto más alta sea . mado por 1", se multiplica el número del cua- aquella: aL va_riar este exceso de oº á 50°, 1000

CHIMENEAS

el aumentd de presion es de 0 ' 2006mm por metro de altura de chimenea, mientras· que cuando varía de 500 á 5 50 (que es la misma diferencia de temperatura), es tan sólo de 0'023mm, esto es, diez veces m~yor. Chimeneas de varios ramales.-En ciertos aparatos especiales el aire caliente circula sucesivamente, subiendo y bajando, por una série de conductos verticales, y á veces á temperaturas distintas, antes de llegar á la chimenea propiamente dicha. El cálculo de la presion que se produce en estas condiciones se resuelve del modo siguiente: Supongamos, en primer lugar, u_n· corrducto (fig. 176) d.e dos brazos ó ramales A"B, .C D, de altura A B = H, y CD = H., en los cuales se encuentran los gases á temperatu_ras t, y t,: sea fJ la temperatura exterior, y llamemos, como en el anterior caso, Z á la presion atlllOsférica, por unidad de superficie, al nivel del vértice· de la chimeqea. La presion F de izquierda á derecha, en la seccion mm ú O, se compone de tres partes: de la presiop atmos- . férica en el vértice, de la presion de urra columna denire exterior, de·altura H,-Hs', y de la presion -de una columna de gas caliente á t., de altura H,. F

= Q z + Q (H,-H,)·

+ Q _H, .

a ,

la presion /, en sentido contrario, es:

= O z+ OH I +do.at,

Resolviendo la diferencia,

_F - f -

OH, do

H, do

t, - a

(r + a

-el +

fl)(r

·t,-fl fl) ( I

+ ª t~) t ,) ;

y la altura de agua correspondiente, será: . _ F - f __:_ - H, do E -- · O -

·t, - e (I + afl)(r +at.)

t _f) Q H, du a ( I + a ~) ( I

+ a ts)

Llamando E, á la depresiorr producida por el brazo AB,que obra separadamente, setiene:

t, -O E = .H 1 d o a; - (- - - ' - - - - - - 1 . a; t,) I + ex 0) (I J

123

así como tambien · E,

H • do

t, - e ex

O) ( l

+ a t, ·'

que es la depresion producida por el brazo D C~ de suerte que se obtiene E= E,-E,, es decir, que la depresion E, producida por los do_s brazos que obran jurrtos, es la diferencia de las depresiones producidas por cada uno de ellos obrando aislada.mente. En general, para una circulacion A B C D G, formada por UD número cualquiera de brazos (fig. 177),_ de alturas H,, H., H 3 , H 41 que contengan gas·es á temperaturas t,, t,, t 8 , t., la diferencia de presiorr,, positi:va ó negativa, en altura de agua, producida por cada brazo, es:

t - e

+ t,) t, - e + O l + t,)

. E,= H, doª - (r + -a~) (r

= H, do ex

= H a do

(

a; ( -1

(

3 -

a; v" ( I

t a)

t. - o E. =H.doa; (I +a0)(1+at 4) ' y el exceso total de presion E, producido por el conjunto, en sentido de A B C D G, es: E= E, -.E.+ Ea -E4, que es la suma algebraica de las presiones parciales, tomando como positivas las presiones producidas por los brazos por_donde suben los gases, y como negativas aquellas por donde bajan. Para que exista movimiento en el sentido supuesto, debe forzosamente resultar: . E> o ó E,+ E 3 >E,+ E •. La velocidad, á la salida, está representada por la fórmula:

-• /2gE-· V-v d 1+R'

•

en la cual, R es el coeficiente total de resistencia, referido á la velocidad de salida. Si E fuere menor que cero, la velocidad en el sentidq supuesto seria imaginaria y el movimiento tendría lugar en sentido inverso .

FÍSICA INDUST1UAL PRESIONES EN LOS V ARIOS PUNTOS DE UNA exterior, puesto que, si alguna diferencia CIRCULACION DE GAS CON TIRAJE POR MEDIO existe, será muy poca sin duda. Sea Z la presion común. La presion interior DE CHIMENEA. -Preliminares. -Las presiones F,, en la base, es igual á la presionen el vérproducidas por el tiraje de una chimenea vatü:e, aumentada con la presion producida por rían de un punto á otro de la circulacion de los gases: la diferencia entre el exterior y el la columna de gases calientes y con el ,e xinterior, tanto puede ser positiva como nega- ceso de presion necesaria para vencer las resistencias del interior del tubo. tiva. La presion producida por la columna de Por lo general, rara vez la circulacion se ejecuta por el simple tubo vertical de la chi- gases calientes, es: menea, y, casi siempre, va precedida de conductos más ó menos largos, más ó menos rectos, por los cuales circulan los gases de la La presiorr necesaria para venc.er las resiscombustion: tambien, á veces, el tubo q..e chitencias es la pérdida de carga e, esto es: menea se prolonga en el vértice con una parte horizontal para que fos gases salgan á cierta s=E- e=Re, (1) distancia de la columna vertical. La longitud y la forma de estos varios conductos influyen en cuya fórmula, e es la carga correspondiente extraordinariamente en las presiones, como á la velocidad de salida, y R el coeficiente de • igualmente influye la posicion del registro y resi~tencia, que depende de las formas y dimensiones del tubo. su sistema -de cierre. En el interior, eñ la base de la chimenea, Segun las disposiciones, el exceso de presion del exterior sobre el interior puede ser . se tendrá, pues: positivo ó negativo. En el primer caso, el H dº R e; j, = Z aire exterior tiende á penetrar en los conducl +ex t tos por todos los orificios y u_n iones; en el segundo caso, por lo contrario, es el h1;1mo el en él exterior, en la base: que tiende á salir; por lo tanto, se comprende (3) la importancia que en ciertos hogares tiene F,=z+ l ex 8 ' el sentido del exceso de presion. En los cálculos que siguen supondremos y, por consiguiente: que la seccion es de r metro cuadrado: la _ , . H d a: (t - 8) presion se evaluará en metros de altura de (I + ex 8) (Í +ext) -Re- E-Re, agua, representándose en toneladas de 1,000 kilógramós por metro cuadrado de super- ó bien, en virtud de la relacion (1), ficie. . (5) F,-f, _e. · Presionen una chimenea recta vertical.Consideremos, en primer lugar, una chime- Es decir, que la diferencia de presion en la nea formada por un simple tubo vertical A B base de la chimenea es precisamente la que _ corresponde á la velocidad. (fig. 178). . Para conocer las presiones en C, á una disLa presion estática: en el vértice es la ·misma en el interior de la vena fluida que al ex- tancia cualquiera x debajo del vértice, se hará terior, que es lo que se verifica en el extremo el cálculo del mismo modo, · encontrándose de un conducto cualquiera cuando el derrame para la presion interior/: se ej,ecuta por venas paralelas. f=Z+ xdº +re, (6) Sin embargo, ql observar la salida del l +ex t 'humo por el vértice de una chimenea, se vé en cuya fórmula, representa el .coeficiente r que el derrame no es muy regular, verificánde resistencia relativa á la parte C B de la dose por bocanadas y expansiones sucesivas. Con todo, supondremos que la presion á la chimenea. La presion exterior F, en el punto C, es: salida· es la misma, tanto al interior como al 124

H:º

.,/

CHIMENEAS

(7)

y la diferencia: (8)

• t-fl

F - /=X d 0 a. - , - - ~ ~ : : - - - - -re. a. t) ( l + ~ fl)( l

Tambien puede ponerse bajo esta otra forma : (9)

F-/=

~ .E-re=(~

(1+R)-r)e.

Esta expresi'.on puede ser positiva ó negativa, segun los casos. Si las resistencias producidas en la chimenea son debidas únicamente á los roces, representando con D el diámetro y con k el coeficiente de roce, para la altura total de la chimenea se tendrá:

R --

4kH D ,

y para la parte C B de altura x, r

125

un orificio en un punto cualquiera de la chimenea, entrará con tanta más fuerza aire -en ella cuanto mayor sea x, es decir, cuanto más bajo se haya practicado aquél. Las señales de hollin, que se notan con frecuencia en las hendiduras de la parte superior de las chimeneas, acusan una salida de gases y, por consiguiente, un ·exceso de pre- · sion interior, que obedece á las acciones atmosféricas que se han despreciado en el cálculo: al soplar el viento á un lado de la chimenea, modifica el sentido de la presion más enérgica y obliga á pasar el humo por las hendiduras del lado opuesto. Prest'on en una cht'menea con regt'stro en su boca ó vértt'ce.-Si la resistencia es produciq.a por otras causas que no sean e1 roce, por un registro, por ejemplo, que sé coloque en el vértice de la chimenea (fig. 179), la presion inferior es mayor que la de la atmósfera, hast? cierta altura, y se tendrá:

4kx D , y

(r+R)-r<o,

(x + -4xkH 1 - ~ --

4kx) x e=H e._ con relacion á los valores de X . . D Sea N e la resistencia producida por el re.Se vé, pues, que, para el caso de existir gistro: en este caso se tendrá roce, la presion exterior es mayor siempre 4kH _ 4kx que la presion interior, _y la diferencia es ---is- + N: R D r-

(ro) F-/= -8

proporcional á la relacion ~ . Si se practica

sustituyendo valores, se obtiene .'•

(II)

( 12)

F- /

- I=

[ . xH ( l +. 4 kDH + N) -

= [_~ ( 1 + N) ~ N] e.

Dará la altura de equilibrio de las presiones la relaciori F ó

= /,

H (1+N)-N=o (13)

1+N ·

, . d Se ve, pues, que, sien o

+N N

menor que

la unidad, existirá siempre en la altura un punto de equilibrio; sobre de él, la presion

4 Dk x _- N· ] e.

interior es mayor que la presion exterior, y debajo de él sucede lo contrarío. Si N =

= -21-

H, la seccion de equili-

bfio se hallará á la mitad de la altura. Prest'ones en una ct'rcular;lon con conductos antes y despues de la cht'menea.-Consideremos ahora una chimenea A B, de altura H, precedida del tubo horizontal C A (frg. 180), en el cual puedan manifestarse toda clase d~ resistencias, (por ejemplo, e l caso de la cir culacion alrededor de una caldera de vapor), que, se continúan en el vértice, en otro tubo horizontal D B. ,

FÍSICA INDUSTRIAL

126

La depresion E, en altura de agua, producida en la base de la chimenea, es E-

( I

cesaria para vencer las resistencias de la chimenea A B:

Had o (1-6) a 6) ( I a t) ·

Al moverse los gases experimentan cierta resistencia que motiva una pérdida de carga, · · e; así, pues, siendo e la carga correspondiente á la velocidad_en el vértice, ó á la salida, se tiene:

E= E- e =R e ó

K=(1+R)e,

siendo R el coeficiente total de resistencia. Esta pérdida de carga E se puede descomponer en tres partes : la una E,= r, e correspondiente á la parte horizontal B :O; la otra E, = r, e para la parte vertical A B; y la tercera E.= r. e para la parte e A.

•f, =

La presion . exterior A, es . F I en la base .

y como F, - /, = r, e, para la diferencia de las presiones en Ja base de la chimenea, entre el exterior y el interior, se tenqrá:

ó bien, F. - f.

y, por consiguiente, A =

r, +r, +ra.

Pasemos ahora á determinar las presiones en los varios puntos de la circulacion. A la salida del tubo B D á la atmósfera, en D, la presion estática interior / 0 es igual á la presion atmosférica F á esta altura, que ya se ha representado con z. En B; por ser el tubo B D horizontal, la presion exterior F, es la misma que en D, 0

+ r, e;

de suerte, que se tendrá la difer encia F, -/,

+ R- r, -

r,) e= (1

+ r,) e;

t • =!, + r

ª e;

la presion exterior es la misma que en A .

y, por consiguiente,

En cuanto á la presion interior /., debe ser mayor que la presionen el ex tremo D., ó sea, mayor que z, esto es, toda la carga e, neoesaria para vencer fas resistencias~que se ve;rifiquen en el interior del tubo,

(14)

diferencia positiva siempre, puesto que, en la base de la chimenea la ' presion exterior es siempre mayor que la presion interior: luego, el aire exterior tiende á penetrar. Por último, en el punto C la presion interior/ 1 es:

,·

F,=Z.

j, _: Z

I--Id

/, + 1 + a t + r, e.

r, e,

cuyo yalor es -siempre negativo, por cuanto los gases interiores tienden á salir por el punto B, con tanta mayor presion cuanto may or sea la resistencia en B D. ~ En la base de la chimenea, en el punto A, la presion interior / ~ es la presion F, en el v értice, más la presion producida por la columna de gases calientes, y más la presion ne-

Fa - / •

= F, -- f, -

r 1 e,

en cuya ecuacion, sustituyendo F, - f, por su valor hallado antes, (16)

. F1

/a= e.

Como se vé, la _diferencia de presion, correspondiente á la velocidad v, es e, como de be suceder. El exceso de presion, del exterior al interior, es negativo en B y positivo en A ; desde luego, en la altura de la chimenea debe existir un punto en que este exceso sea. nulo, es decir, en donde haya equilibrio. Sean x la distancia X B al extremo supericit de una presion cualquiera, y re la pérdida de carga experimentada de X á B; llamemos F y j las presiones exterior é interior á la altu-

CHIMENEAS

ra X, y se tendrá : F

= F ,+ 1

de donde,

X::

y, como

F ,-/, =r, e

[~(1 +R)- _(r; ~r)Je

F-t .

(t - O)

resulta (17)

F-/ = F,-/ ,+(1 +1Xll)(1 +1Xt)-r e;

f -- / , + ,-x-dtº + r e, I

127

supongamos que las únicas resistencias que existen se deben al roce: 4 k + 60 . , e para k=o'o1 E= 12e· R = 12 O 20

e; ==

que es la diferentia de presion á una distancia cualquiera_ x debajo del vértice, entre el exterior y el interior: Al existir equilibrio, esto es, cuando F = /, resulta. ·/

E= E+e = '(l +R) e =13 e e=

0'0069 42 ' = o 0005340 13

de donde se d~duce

H(r+R)-(r,+rJ=

de donde, (r,

(18)

+ r)

Como r, + r es siempre menor que R, x . será menor que .H y existirá siempre una zona de equilibrio en la altura de la chimenea. Si la pérdida c;le carga re es · unicamente producida por el roce y si D e$ el diámetro de la chimenea 4kx

= ---:0--'

cuyo valor sustituido en la fórmula anterior, dá r,

, --

1+R

4 kº

4k+10 , . 0'20· e = 2. e = o oo 1068.

r, =2

4 k+ .20 , - ·- - e = 4 e = o 00213 6 0'20 .

+ e= 6 e= 0'00.3204

4k Y? 0'20

r, = 6

Seg un esto :

F, - / , = E, = - 0'001068 F, ...,.... /. = .E - E, - e, = o' 003 73 8 F 3 - / 3 = E - E = e _:_ 0'000534

- e

+7 e +e.

El punto X, en el cual se verifica el equilibrio, se obtiene con la relacion x =

ll-D Aplicando estos cálculos, su_P.ongamos un tubo de 0'20 de diámetro púr el cual pasa el aire á rnoº, encontrándose á oº el aire exterior. i = roo o= o sea

= 30

= 20

B D = 10 m E= 20+0 0003471 -:- 0'006942 m;

m .

A B 1

La distancia x es independiente de la temperatura de {a··chimenea, y, por consiguiente, de la veiocidad. Presiones en una chimenea d e varios r am~Zes. -La diferencia de presionen una chimenea de vario_s ramales se calcula de un · modo análogo. • Supong amos, como en la fig . 177, la chimenea A B C D -G, de cuatro ramales, cuyas

FÍSICA INDUSTRIAL

alturas son H., H,, H., H., que producen excesos de presion E,, E,, E., E., en cada ramal ó brazo, debidamente calculados. El exceso de presion que produce el movimiento, es:

E = E, - E,+ Es - E•.

Corno R representa el coeficiente total de resistencia, y r,, r., r 3 , r. los coeficientes parciales para cada uno de los ramales, se tiene: r, +r,+r.+r.=R; encontrándose para las diferencias de presion del exterior al interior:

en G - Fo - /o= o en D-F, -/,=E, - r, e en C-F.-/,=E,-E,-(r,+r.) e en B - F • - /a= Es - E,+ E1 - (r, + r, + r 3 ) e en A- F. - / 4 = E, - E·. + E, -E. - (r, +r. + r. +r.) e= E-Re= e. Este exceso es el que motiva la entrada del aire exterior por el orificio de entrada. Las diferencias de presion, en fos varios puntos, pueden ser positivas ó negativas, segun la altura de los ramales y las t,emperaturas. Atendiendo al punto C, por ejemplo: para que la diferencia en este punto sea negativa y, por lo tan to, tenga el gas tendencia á salir, debe resultar

r, r'= H. x: y, haciendo las sustituciones,

F' -/' =E,-E,-(r,+r,) e+ ~ (E, - r,e).

Cuando existe equilibrio entre el exterior y el interior, se verifica F' - /'=o en este punto, deduciéndose

x= E1 -EE -(r,+r,)_e H,. 1

, - r, e

E, - E,-(r, +r,) e <o,

lo cual es muy fácil de obtener graduando convenientemente las alturas y las temperaturas. Las diferencias de presion en un punto cualquiera de· la circulacion se pueden calcular del mismo modo. Consideremos una zona XX del ramal CD, á una distancia x debajo de la parte horizontal C. La diferencia de presion F' - /', en X X, se deduce de F, - /, en C, teniendo en cuenta el aumento producid.o por la distinta densidad de las dos columnas de altura x, cuya diferencia es ~. E,, y la disminucion producida por las resistencias, representadas por r' e; y se tiene .

F' - f' = E, - E,+ H, E, - (r, + r, + r') e. Si las resiS'!:encias se deben únicamente al roce, el coeficiente r' es proporcional al trayecto recorrido; obteniéndose

Con relacion á un plano Y Y del ramal C B, tomado á una distancia y debajo d~l · punto C, sé encontrará igualmente para la diferencfa de presion F11 - / " : F" -!"= E, -E,-(r,+r,) e -

~ '(E 1 -r. e), .

en cuya fórmula, ~. r• es el coeficiente de resistencia en,tre C é Y, proporcional al trayecto recorrido y; luego, el punto de equilibrio es 11

E, - E, - (r, +-r,) e H,. . E,+r.e

Estos dos valores de x y de y sólo darán un punto verdadero de equilibrio cuando sean· negativos y menores, respectivamente, que H, y H., considerados en valor absoluto. Ejemp7o.-Sean ·

H,=20 t,=200

H,=5 t,=300

H,=5

H.=2

_,_

CHIMENEAS

resolviendo se encuentra

La presiones negativa en C, y positiva en B

y en D: desde luego, en la altura de los ra-

2ox200Xo'oo13 E,= - - - - - - ' - - = 0'010994 473 5 X 300 X o'. 0013 E,= =0'003403 573 5 X 400 X 0'0013 Ea= = 0'003863 673 2 X l00 X 0'0013 E,= = 0'000697 373 E= 0'010994 + 0'003863 - (0'003403 +0'000697) = ~'01ó757.

males C B y CD habrá una · zona de equilibrio; encontrándose así, con relacion al ramal CB X=

0'000417 ' ·, 0'002724° 5 = o 15 X 5= o 75;

y para el ramal E D . 0'000417

Y=-,---- 5 =0090X 5 =045. o 004547 .

Con relacion á las resistencias, sólo tenModificando por medio de un registro la dremos en cuenta el roce producido en las resistencia en el tubo, desde C á A, se puede . columnas verticales; y, con· eí fin de simplifi- establecer la zona de equilibrio en· el punto C. car, supondremos que estas resistencias son · CALÓRICO NECESARIO .PARA EL TIRAJE DE LAS las mismas que si las velocidades fuesen cons- CHIMENEAs.-'La consecµencia natural del tiraje tantes en todo el circuito. en las chimeneas es un con:sumo considerable Sean de calórico, por salir los gases por el vértice á una temperatura muy elevada, y,-por lo tanto, k = 0'02 D = o' 40 se pierde en la atmósfera una cantidad muy importante de calor, que se puede calcular ~.= 4 ~ H, =0'2 H,=6 fácilmente si se conoce el peso y la: naturaleza de los gases y su temperatura de salida. r,=0'2H,=1 Sea t esta temperatura; · o la temperatura r,=0'2H 1 =1 exterior; P', p", P"' los pesos de los varios r4 0'2 H. =0'4 gases; e', e", e"' sus calóricos específicos res·E pectivos: la canti4ad de calóritd perdido por o-'010757 ------=,e 0'001144. ' ·= el primer gas es p· e' (t - O); para el segundo 1 + R-::9. 4 es p" e" (t - O), y así siguiendo. La pérdida toDe 1ó cual, para las pérdidas de carga y los tal de calórico es, pues, · exc~sós de presion en los varios puntos, del exterior al-interior, se deduce: · . y ps N=(P' c'+P" e"+ p°'" e'"+ ..... ) (i,-0) (t - lí) ~ P' e', en D Gr, e= 0'006864 en donde, p ses el peso de combustible queC Dr, e= 0'001144 maqo, N su potencia calorífica, y la parte de B Cr1 e= 0'001144 calórico perdido. A Br. e= 0'0004576 Aplicando esta fórmula á la c.ombustion O GFo-/0 de I kilógramo de bulla corriente, se obtieDF,-/,= 0'00413 nen los siguientes resultados. C F,.:__f,= - 0'00042 Si la combustion se verifica con e1 vol-u...:. 0'00231 B F 1 - _/,= men de aire estrictamente necesario, se tiene AF,-t.= -0'0011·4

= =

Acido carbónico. Vapor de agua. Azoe.

P' =

J'o3k

p" =

p'" =

.'45 8'44

e" =0'48 e"'= 0'244

11'92

p FÍSICA, IND.

= 0'2164

. p' e' =

655

P." e" =0'216 p'" e"'= 2'059

T. II.-17

130

FÍSICA INDUSTRIA"L

y para t - fl, =

300°

kilógramo de hulla:

879

_ ·, o ro99,

Y= 8,000 '

·-

(

es decil', q be los gases de la com bustion arrastran o' II del calórico total. Siendo 8,000 la potencia calorífica de esta Sí escapase la mitaci' dei',oxígeno· á la com, bustion, se tendrá · hulla, obtenemos· (,,

. \\

Acido carbónico. Vapor de agua. . Oxígeno . .. Azoe. r

p'·. =

P" = . p'"= . •l..

3'0.3 0

'45

2'52 ,

'P,,,,. _._ \6'87 .

e' ,= 0'2164 '.\ e" . 0'48 e:'' =0'2182 : j • · -·· c'111 . 0'244 .

22'-87

, , - t.'\,.

ª=

, J•

0'65.5

P" ,e'.'; = 0'216 p"/, e'',' ' o' 55.0 , P"". e""~ 4'1 I~

.•

l ,

.:E P' e' :-- 5~537~ , •( iÍ

~ ••

y para t -

. i

y en el $egu~cio ca~o

300:

. ,y

•

N-.= 1•680'9 . , ·

en vez de 166i'B;

cuyas diferencias no\~;_.;:, muy notablés. ' ·; •í Atendiendo á las condiciones medias, y to250º,. s,e. tendrá mando A= 18 y t - a

El calórico_- perdiqo en este caso ~s de, 0;2 I del , caló!'ico t_otal, y 0'2 I, cuyo resultado <;lemuestra la influencia de la cantidad. de aire l 163'7.5 ,, . ,. . ·, : · . ' . e~pleado., · í r 3·000. = 145, Este· c~lculo pued~ hacerse con .más séndllez, dap.do un _rnsultado,suficiente~ente exac- que es, á poca diferencia, la pérdida media, ó to, tomando el peso t9tal de los gases y su el r § por roo del calórico total 'del' combusticalórico específi,co medio. E1 pes<? tofal de los ble: como _se vé, ~s muy1 impq1;tante. . Se podría reducir enfriando aun más los gases ,correspondient~s al peso p.s del'.c ombustible es . p s (A+~), obtE)niéndos~ como gasesJ auméntando para' ello •li3- ~uperficie de expresion de la cantidad de calórico perdido . caldeo, pero los gastos de instalación aúmenla fórmula ' · tarian consi<J.~ra_plem,..en~e, aparte .de ~ué perderia ,e l tiraje_gra.n ·pai"te de su energía; El lí-, p.s (A+ 1) 5 (t- a); y ps N 'mite inferí:or \~e · terri'p·erat~r'a eJ ·d~ r 5'o ;"°de1_ I : ~ ' ' !, ,L · cual resulta una · pérdida de .calor de 8 a' 1 o ·, de donde, .. por 100. Tiraje anleriol.r ~'z--caldeo.~Peclet indka (A+ 1) c(t ·- a) _y= . una disposicion e'sp_e~ial, que, ~ern;iite teóricaN '.-,. 1 mente enfriar ios:gases sin que, el tiraje disque es la i _e lacjon ya .encontrada, al tratar de minuya, cuya: 'd isposicion cpñsiste en colocar que el r~iceptor / en vez de los receptores de -calórico, en la, cual, A es el la chimenea antes • ' • r , peso de aire empleado para la combustion colocarla despues como gen~r~lmente se acos· · ' qé 1 ki{ógra.µio de combu~tible y e el caló- tumbra. • .. ., J Al salir los gases del hogar . suben directarico especjfico medio, que ordinariamente es • l , ._. algo mayor que el del aire, ó sea, aproxima- mente por una cliunenea vertical, y al llegar ál vértice se les hace circular alrededor del damente, de 0'245. Aplicando la fórmula simpli:~icada, para la re~eptoi:. Como el ti~aj_e s~, eíect_~i. antes que hulla de que acabamo~ de tratar, se encuen- el saldeo, se pueden f.:)nfrjar f9.mpletamente los gases sin que aquél .dismi_nuy.a .. tra en el primer caso . En principio esta disposicion es muy bueL-t en vez 'de 879, na, pero, bajo el punto de vista práctico,

•

.¡ •

•

; ._

CHIMENEAS

presenta dificultades tales que le hacen inaplicabl~, siendo la más importante la imposibilidad de poder establecer á tan grande_ altura un aparato tan pesado y voluminosó corno u.p.a ca'ldera de vapor, 'por ejemplo. Además, hay una pérdida considerable de calórico 'á través de las paredes a.e la chi_menea, recorrida por gases á una temperatura tan elevada, cuya pérdida destruye con exceso el beneficio q u.e pue~a µar un enfrfa,miento más completo, . aparte de que este enfriamiento sólo podrá obteners"e, como ya hemos visto, por un desarrollo -exagerado y dispendioso de la superficie de caldeo'. Por todas estas ca-gsas el frraje anterior al caldeo no ofrece ningun resultado práctico. Tiraje durante el caldeo.-A veces se coloca verticalmente el receptor en una chimenea recorrida por los gases de la combustion, operándose el enfriamient0 durante la subida de los gases, en cuyo caso, el tiraje se ejecuta durante el caldeo; y, como se produce en razon de la temperatura media, se concibe la · posibilidad de e~friar completamente los gases, conservándoles al propio tiempo la suficiente energía. Prácticamente el enfriamiento completo es irrealizable, prescindiendo de la utilizacion tan defectuosa que presenta la circulacion verticaL Esta disposiGion sólo puede aplicarse para reducir-_el espacio ocupado por los aparatos. ' TRABAJO PRODUCIDO POR EL TIRAJE DE UNA

CHIMENEA • ....:_El

f~ncionairiiento de una chimenea estriba en cierto voló.men de ga; Q, de peso P, tornado e~ reposo en la atmósfera, que circula por conductos y sale por la boca ó vértice de la chimenea con una velocidad v, despues de. haber subido á una altura H: El trabajo producido · por el tiraje de la chimenea consiste en. -elevar ~el -peso P á la altu.,, ra H, dándole la velocidad v. El trabajo el.e ascenso es P H. -· Para dar la velocidad. v, á la salida, yenciendó ·durante la· circulacion todas las resistencias al movimiento; debe existir en la ba:se v• una _d iferen~_ia de P:esion ~ = (1 + ·R) d Qg r

. ,

en altura de agua, s1éndo R el coeficie~te de resistencia; y, como E es siempre una cantidad muy pequeña, el trabajo de compre_sion es Q E. -· ,

131

Luego, para el trabajq total se tiene: (1)

T=PH+QE.

Como Q= P(1+at)

E - . Ha(t- &)do

-(1+aa) (1+at)'

:, QE.:_PH a(t-ª)_ l

a(l

Sustituyendo y simplificando, se encuentra, como valor del tr'a bajo, 1 .

(2)

El trabajo producido es proporcional al peso derramado, á la altura de la chimenea y á la relacion de los módulos de temperatura. El calórico consumido M, para llevar el peso...P de gas dé a á t, es , M -=Pc(t-a);

de donde, el trabajo de una caloría será (.3)

T M .

Como la _relac10n

+at

c(t-6)

t aa·

+at , + a 6 vana lentamen-

1 te con la temperatura, el trabajo de una caloría en una chimenea está, á poca-diferencia, en razon inversa del exceso t'- a de tempe. ratura. En el trabajo desarrollado por el tiraje de una chimenea sólo hay una parte realmente útil, la parte Q E, que obliga á pasar el aire por encima q.el combustible para alimentar la combustion: el trabajo de subida de los gases no presta ninguna utilidad á la combustion; por lo tanto;· .bajo este punto de vista, poco importa la altura á que salgan los .gases. Si no se tiene en cuenta este trabajo útil, el trabajo de una caloría se reduce á (4) .

Para una chimenea, de altura H = 25 metros y una temperatura exterior de a= oº, el trabajo útil de la chimenea, para diferentes excesos de temperatura, es · ·' ·

FÍSICA

132

INDUSTRIAL

P es el peso de los g;:ises que pasan por la chimenea; e su calórico específico. ·' Siendo la temperatura del aire atniosférico uniforme é igual á 6 en toda · 1a altura, entre las temperaturas t y t, se tendrá ~a relacion

Trabajo de una caloría en kilográmetros.

Exceso de temperatura.

t-6

Úlil.

Tolal.

PH+QE M

20°. 50º. 100°. .300º.

· 1XP C 1+r

o'.34.3

5' 15 2'36 1'36 0'70

0'3II

Haciendo r· · o:

0'270

0'175 IX

Él trabajo, en particular el trabajo total, disminuye al aumentar el exceso de temperatura; por lo tanto, conviene que los gases salgan á una. temperatura tan baja como sea posible: pero, por otro lado,. para que la energia sea bastante, conviene igualmente no bajar de · cierto límite. El trabajo teórico absoluto de una caloría es 424: dentro de las condiciones más ventajosas del cuadro anterior el trabajo de una caloría es tan sólo de 5' 15k; así,_pues, en una chimenea sólo se lltiliza

log. n~p.

.i::_L = 4 24

t:-

-6 6

= _QS

en cuya fórmula S es la-superficie e:X!puesta al enfriamiento, Q el coeficiente de transmision, y IX la parte de calórico réalrnente transmitido, que, en este caso concreto, es igual á 1. Para una chimenea cilíndrica, de diámetro interior D y de altura H, y para una com.:. bustion de 500 kilógramos de hulla por metro cuadrado,· consumidos con un peso de,aire A por kilógramo, se tiene . ( . 1tD' P = 500 - - (A+ 1) y S=-n-DH;

0'01;, y, á

0'00041: por consiveces, !tan sólo 0'175 424 guiente, la chimenea es un mal aparato bajo el punto de vista de la utilizacion del calor. INFLUENCIA DE LAS ACCIONES ATMOSFÉRICAS EN EL TIRAJE · DE LAS CHIMENEAs.-Varias son las causa.s que influyen notablemente en el tiraj,e de las chimeneas, tales como · el viento, la temperatura exterior, el estado higrométrico, los rayos solares, el enfriamiento de las paredes; llegando á un punto, á veces, que impiden el funcionamiento regular de los aparatos. Enfriamiento debido á la atmósfera. - A causa del enfriamiento producido por la atmósfera, se pierde siempre á través.de las paredes de.las chimeneas cierta cantidad de calórico, que motiva una baja de temperatura en los gases que pasan por ellas,-tendiendo á disminuir el tiraje; pero esta disminucion es en general poco sensible. Bajo esta accion, la temperatura de los gases, que es t en la base de la chimenea, baja á ten el vértice: el calórico perdido por hora, debido al enfriamiento, es

Pe log. nep.

sustituyen.d o valores

_..:....,:c._

t - fÍ

log. nep. / _

•

t,) . .

QH 125D(A+1)c·

Haciendo Q= '1'17, para una chimenea de ladriHo de o' 40 de grueso medio, H = 25, D = 1, A= 18, e= 0'24, 6 = o, tenemos L

d tº _ 0'434 ;>< 1'17 X 25 og. or · --¡;- 125X1X 19Xo'24 ::

0'0224

~ 1'053.

Si la temperatura en la base es t = 250°, en el vértice será t, = 240º; por lo tanto, el enfriamiento será de 10° solamente, sin influencia alguna en el tiraje. Para D = o' 50, se tendrá t =250º, t, =228°. La baja de temperatura de 22° tampoco influirá s~nsiblemente en el fü·aje. Para una chimenea de plancha, de o' 30 de diámetro y de 20 metros de altura, haciendo Q I o y co~siderando el c3:so de fuertes vien to -- 1,394, t . - 250, • t , = 179 . o. t os, resu lt a.. T.. 0

M =Pe (t

Esta baja de 71° reduce el tiraje en la relaG:ion de 2'86 á 2'82, que tampoco es muy sensible.

CHIMENEAS

Unicamente cuando la temperatura en la base de la chimenea sea 180° el enfriamiento de la atmósfera podrá ejercer alguna accion muy marcada, lo cual no tiene lugar nunca en las chimeneas de las fábricas. Accion del viento.-Los vientos, como ya se sabe, ejercen una gran influencia en el tiraje de las chimeneas:, cuya accion se manifiesta en el orificio de salida del aire caliente y en ~1 de entrada del aire frio, es decir1 en el vértice de la chimenes y en la ab~rtura del cenicero ó del canal de alimentacion: por este motivo examinaremos sucesivamente la influencia de los vientos en · los clos extremos del canal.

Influencia de los vientos en el vértt'ce de la chimenea.-Para estudiar completamente esta ·cuestion, por demás importante, en particular cuando es flojo el tiraje, consideraremos la inflúencia del viento en todas las direcciones posibles. Supongamos, en primer lugar, que el viento sea perpendicular á la direccion d-e la chimenea, esto es, que sea horizontal. En este caso, -ia práctica demuestra que apenas cambia el consumo, pues, como la vena es muy inchnada, es necesario que el aumento de velocidad de salida compense la disminucion de seccion. Esto se comprende observando que la vena posee una velocidad resultante de la velocidad vertical debida á la chimenea y de la velocidad horizontal del- viento, de suerte que hay compensacion exacta. En efecto: si a b (fig. 181) repr~senta la velocidad del humo cuando el viento es nulo, y a e ·la velocidad del viento, ad será la velocidad y la direccion de la vena. Si se baja p q perpendicular á ad, las dos líneas a p y p q serál]. proporcionales á la seccion de la chimenea y á la seccion de la vena inclinada; y, como los triángulos a b d y a p q son semejantes, se deduce a p X a b "' =ad X p q, esto es, que el consumo es ~l mismo en ambos casos. Si el viento se dirige verticalmente, de arriba abajo, el efecto producido depende de la velocidad del viento y de la que el aire caliente tendria si no experimentase resistencia. Asj, para que un viento dirigido de arriba abajo impida la salida del humo, no se re~ quiere que la velocidad del viento sea igual

133 á la del humo; basta que su velocidad sea igual á la del humo sin resistencia. Si se su. pone que la velocidad del viento aumenta progresivamente, disminuyendo la velocidad de derrame, disminuirán tambien las resistencias, aume~tando la presionen el vértice de la chimenea. Si se estableciese equilibrio, la presion del aire caliente, de abajo arriba, seria igual á la carga teórica, que es la velocidad correspondiente que deberia tener el viento para que cesase completament~ el derrame. En las grandes chimeneas de las fábricas, de 30 metros de altura, cuyo aire interior se encuentra á 300°, la velocidad de salida debida al exceso de presion es de 18'" aproximadamente, y de unos 3nr la velocidad real: en este caso, para destruir el tiraje, la velocidad del viento, de arriba abajo, deberia ser de 18m. Si suponemos que la direccion del viento es de abajo arriba, su influencia será nula siempre que su velocidad sea igual ó inferior á la del_humo: si es mayor, fav9recerá el ti raje. Raras son las veces que los vientos toman las direcciones que acabamos · de estudiar, pues, casi nunca son horizontales ó verticales, presentándose siempre más ó menos inclinados al horizonte: de todos modos, una corriente inclinada puede considerarse como resultante de dos corrientes, horizontal la una y vertical la otra, deduciéndose fácilmente de lo que precede que la influencia del viento podrá ser favorable cuando tienda á subir, y perjudicial en el caso contrario. Como, en general, las direcciones de los vientos son poco inclinadas, su influencia en las chimeneas altas y aisladas es muy insignificante; no así cuando pasan poco de los tejados de los edificios y cuando están dominadas por éstos ó por montañas, pues, entonces las corrientes de aire toman la direccion de las superficie? que encuentran, y afectan pos~ciones muy inclinadas, en uno ú otro sentido. Las corrientes de aire que encuentran superficies planas siguen la direccion de éstas·. Si la: superficie es un cilindro p·erpendicular á su direccion, con el eje de la vena de aire en el mismo p'lano que el del cilindro, aquella se dividirá en dos partes, que, seguirán el con-

1 34

FÍSICA INDUSTRIAL

torno del cilindro para 1mirse en el punto opuesto al que recibe el choque de la vena. _ De lo antedicho resulta que la disminucion de tiraje de las chimeneas, ocasionada por los vientos, es tanto mayor cuanto más flojo sea aquel, cuanto mayor sea la velocidad del viento y cuanto más inclinada de arriba abajo sea su direccion.

Velocidad de los vientos. 0'5m por segundo 2

5'5 ¡o 20

22'5

27 36 45

viento apenas sensible. sensible. moderado. bastante fuerte. fuerte. muy fuerte. tempestad. gran tempestad. huracan. huracan destructor.

Influencia de la temperatura del aire exterior. - Sabemos que, en tiempos húmedos y relativamente calientes, las -~ himeneas de las habitaciones funcionan mal, sucediendo ~o mismo con las que se destinan -á la ventilacion doméstica. La actividad de la combustion y, por consiguiente, el_tiraje, dependen de la cantidad de _o xígeno que p~netra en el hogar en un tiem.p o determinado, cuya cantidad disminuye notabl~mente bajo ciertas circúnstancia s atmosféricas. · Cuando la temperatura del aire caliente-de una chimenea permanece constante y la tem-: peratura exterior sube ó baja, el tiraje dismin11ye ó aumenia. La influencia de. estas variaciones se hace sentir principalmen te en los fenómenos que se producen en el hogar. La · combustione s tanto más activa y la cantidad de aire que e~capa á la combustione s tanto menor, cuanto más denso sea el aire: entonces, para quemar igual cantidad de com bustible se necesita menorvolúm en de aire frío que de aire caliente, todo lo cual hace que el tiraje de las chimeneas sea mayor en invierno que en cualquiera· otra estacion. Sin embargo, se ha observado en muchos altos hornos ser más ventajoso emplear el aire caliente que el aire frio; pero, fuerza es confesar que las circuns-'tancias en estos son m-uy distintas que en los hogares ordinarios. Influencia de la presion de la atmósfera . SupQniendo el aire caliente á la misma temperatura en la chimenea, si el aire exterior se encuentra á distintas presiones la velocidad de salida permanecerá la mism·a, sea cual fuere la presion exterior, siempre que la combustion permanezca tambien la misma; mas, corno · el peso del aire absorbido disminuye con la presio_n, las cantidades de combustible que se queman variarán proporcional mente á la presion exterior. La influencia ·de las variaciones del barómetro se manifiesta princi- "' palmen te en los hogares: cuanto menor sea la presion exterior, menos viva será la com bustion y- mayor la cantidad de aire que pasa sin alterarse . Es tan grande ~esta influencia, que, cuando la presion qµeda reducida á

lnfl,uencia de los vientos en ?os hogares. Supongamos eltubo acodado A B C (fig. 182), que representa la disposicion de un hogar ordinario con su chimenea. A es la abertura por donde entra el aire frio que alimenta la combustion; Ces la de salida del humo. . Si suponemos este conducto lleno de aire frio á la temperatura ordinaria, y un viento horizontal, perpendicula r á la direccion del tubo A B C, es evidente que el aire contenido en el conducto no experimentar á ningun movimiento; pero, si la corriente es paralela al tubo A B, determinará una salida de aire por el canal A B C, en sentido del movimiento del aire exterior: es decir, que, si el viento se dirige en sentido de B A, el aii:e se introducirá por C y saldrá por B; y, si el viento se dirige en sentido de A B, la corriente entrará por A y saldrá por C. . Supongamos ahora que el conducto esté lleno de aire caliente que sale por el orificio . C con cierta velocidad: es indudable que, si el viento se dirige de A á B y su velocidad es mayor que la de fa, corriente de aire caliente, se acelerará la velocidad de_éste; y, por lo contrario, si el viento se mueve en sentido . de B A, se disminuirá aquélla. Asi, en un aparato dispuesto como indica la figura, s9planq_o el viento en direccion de A B _activa de la presion ordinaria la eom bustion el tiraje, y lo di~minuye cuando se dirige en -los 24 , . . . sep.tido contrario. lap.guic;lece . hasta el punt.o de ·:nq. bastar.

..;....c.

CHIMENEAS

,, 1 35

para sostenerla el calórico que produce. En el perjudiciales circunstancias atmosféricas de Mont-Blanc, en cuyo punto el barómetro que se trata. sólo sube á 0'57m, · Saussure ha observado Influencia de los ra:yos solares.-Al peneque la combustion del carbon sólo se mante- trar los rayos solares,, en una chimenea cuya nia alimentándola con un fuelle. temperatura no sea muy alta, como, por ejemInfluencia del estado higrométrico d el aire. plo, en los tubos de las chimeneas particula-Al igual que las variaciones de presion y res ó domésticas, se sabe por experiencia que de terri peratura exterior, la variacion del esel humo refluye por el hogar, lo cual proviene tado higrométrico del aire no ejerce muy no- sin duda de encontrarse los cuerpos contiguos table influencia en la velocidad de salida del á ellos, principalmente los tejados, fuerteaire caliente; de -sl,lerte que, por el aumento mente caldeados dando lugar á corrientes de de humedad del aire el tiraje sólo experi- aire caliente que se dirigen· de abajo arriba, menta una ligera dismi • ucion: · mas, aquí el y, por lo tanto, á ·corrientes dirigidas en senefecto producido en el hogar es mayor. A tido contrario, por encima de los cuerp9s no medida que la cantidá.<;i de vapor de agua, en tan calentados, alrededor de los tubos de chidisolucion en el aire, aumenta, escapa mayor menea. Esto se evita cubriendo las bocas con cantidad de aire á la combustion, Jos hogares mitras de tierra cocida ó de metal. languidecen y, por lo tanto, disminuye el efecApara.tos para. preservar el tira.je de las chimeneas de to útil del combustible. la. influencia. de los vientos y de la lluvia. , . Segun esto, se vé que en. tiempos pesados, en los cuales es ·escasa. la presion, elevada la APARATOS PARA LA BOCA DE LAS CHIMENEAS.temperatura y casi saturado el aire de vapor Los aparatos destinados á este objeto son en de agua, el tiraje de las chimeneas es mucho gran número; pero, como no todos dan vermás flojo que en tiempos frios y secos, que daderos resultados prácticos, sólo describirevan acompañados siempre de una gran altura mos los principales. de la columna baroqiétrica. Estos aparatos se dividen en dos clases: fijos · Esto es realmente lo qae se ·observa en to- y móviles. das las fábricas: los hogares se debilitan cuanAPARATOS FIJos.--=-En la mayor parte de las do el tiempo es caiiente y húmedo. Se ejerce chimeneas de las habitaciones, los construcentonces la mísma influencia en los aparatos tores se limitan á estrechar el orificio supede combustion que en el órgano de la respi- rior de la chimenea colocando allí un tubo racion, y efectivamente debe ser así·por la gran cónico, con lo cual se. aumenta la velocidad analogía de los fenómenos que se producen. de salida del humo, disminuyéndose la acEl efecto producido en los hogares es tal, que, cioh oblícua de los vientos. Tambien se coloen la mayor parte de los hornos de vidrio de- can á veces sobre el orificio de salida dos tejas ben suspenderse los trabajos en verano, su- inclinadas, que lo cubren completamente en cediendo lo mismo en las demás fábricas que sentido vertical y permiten el paso del humo no dispongan de medios para producir el exen dos posiciones opuestas horizontales: estas ceso de tiraje exigido por las circunstancias tejas se colocan de· modo que reciban la acatmosféricas. cion perpendicular de los vientos dominantes Sin ·embargo, relativamente á la influencia en la loe::alidad. Ordinariam~nte los tubos de de la humedad del aire, hay ciertos hechos salida terminan en tubos de plancha cubierque aparentan estar en oposicion con Jo que tos con varios aparatos distintos, llamados se acaba de decir. Al introducir vapor con el mitras. aire de alimentacion, en los hogares, se ha La disposicion más sencilla consiste en una observado que la combustion se activaba, lo plancha de palastro curvada (fig. 183), con lo cual se explica por el gran tiraje de estos apa- cual se evita la influencia de los vientos ratos, que, compe11sa el efecto resultante de siempre que este semicilindro tenga suficienla mezcla· de vapor y de aire: verdadera- te longitud. Tambien se colocan á veces unas mente, con an aumento adecuado de tira.je planchas verticales, que cierran los extremos es fácil destruir el efecto procedente de las de este semicilindro, y entonces el humo sale

l 36

FÍSICA INDU$TRIAL

por debajo (fig. 184). La fig. 185 representa otra disposicion: el tubo está cobijado por un casquete esférico ó cónico, cuyos bordes inferiores están más bajos que los borµes superiores del tubo, con lo que se obtienen muy buenos resultados. Los aparatos -representados por las figuras 186, 187, 188 y 189, destruyen igualmente la influencia de los vientos. Millet ha ideado una mitra ó boca de chimenea, conipuesta de un tambor de plancha cerrado por su parte superior, y cuya base comunica con el tubo de humo; tiene practieados á su alrededor un sinnúmero de orifi.a.. cios cuadrados, con rebordes exteriores en forma de pirámides truncadas. Esta mitra dá muy buenos resultados, debido á los remolinos que se forman alrededor de los orificios, los cuales impiden la entrada del aire en el tambor. EL único inconveniente que ofrece es tenerla que limpiar con frecuencia por cuanto las materias sólidas arrastradas por el humo forman en el interior películas delgadas; análogas á las telas de araña, que obstruyen los orificios. Generalmente se emplea una disposicion muy análoga á la mitra de Millet, El aparnto (fig. 190) se compone de un cilindro vertical, cerrado por su parte superior y taladrado lateralmente formando cierto número de rendijas parálelas al eje, cuyos bordes verticales sobresalen exteriormer¡.te formando panta~la. El tubo está circundado por un cilindro concéntrico, abierto por sus extremos y cobijado con un segmento esférico. Mitra de 14-olpert.-La fig. 191 representa la mitra, boca ó aspirador de Wolpert, muy empleada en Alemania. Consiste en un cilindro de plancha a, introducido, en parte, en el interior del vértice de la chimen 7a, y, en parte, libre. Este cilindro lleva en su cara superior un aspirador b, iigeramente cóncavo exteriormente. Enc,ima de él, y á conveniente distancia, hay una placa ó cobija de plancha c. Segun Wolpert, la accion de éste aparato descansa en los dos principios siguientes: 1.º Toda corriente de aire que se mueve en una masa de aire inmóvil, arrastra, por roce interior, una parte de esta ·m asa, dando lugar á una corriente secundaria de igual sentido. 2. Al encontrar una corriente de aire una su0

perficie sólida, se dilata ó extiende á lo largo de ésta, y, al abandonarla, determina en el aire ambiente una corriente secundaria en sentido de su nueva direccion·. Para demostrar el aumento de tiraje de la cbimenea, utilizando la accion del viento, examinemos, por ejemplo, la influencia de un viento horizontal que va de izquierda á derecha. La corriente·que pasa entre la placa e y el aspirador b obrará evidentemente por aspiracion, y arrastrará el humo contenido en éste. La corriente que hiere la superficie exterior y cóncava de o se divide en dos partes, ascendente la una y descendente la otra: la primera obra por aspiracion en la parte superior de by la segunda en la parte inferior. Por último, la corrient_e de aire que hiere al cilindro a, obra del mismo modo sobre b por aspiracion. El vértice de la chimenea termina en bisel para caml;)iar, por reflexion sobre éste, el sentido del movimiento de los vientos que se dirijan oblícuamente de arriba abajo, y utilizar así parte de estas corrientes para aumentar el tiraje. Esta mitra se emplea muy ventajosamente en la ventilacion de los coches de ferrocarriles. La fig. 192 es otra disposicion muy sencilla, é igualmente muy eficaz. En la parte superior de la chimenea hay un cilindro de plan-:cha al cual está soldado un cono exterior, cuyas generatrices forman un ángulo de 45° con la vertical. A una altura un poco menor que el diámetro de la boca de la chim~nea lleva este cono una placa de plancha, cuyo diámetro es, á lo menos, tres veces mayor que el de la misma ·b oca. El cono está destinado principalmente á impedir que las corrientes verticales ascendentes, formadas por refl~xion sobre el cuerpo de la chimenea, choquen con la placa de plancha, lo cual motivaría un retroceso del humo. La fig. 193 representa una chimenea de ventilacion, por cuyo interior pasa la chimenea de un calorífero para. activar el tiraje. El vértice de ésta es más alto que el de la envolvente, y cada una de ellas termina en un casquete esférico cuyos bordes il!feriores son más bajos que los de las bocas de los tubos.

1 37

CHI;Ml!NEAS

APARATOS MÓVILES.-Estos aparatos tienen un contrapeso, para que el centro d·e gravepor objeto dirigir la abertura de salida del dad de cada una de ellas se encuentre en el humo al lado opuesto al viento, para que así eje de rotacion. Estas puertas ·están ligadas tome el humo la misma direccion; co1_1 ello, de dos en dos, opuestas, por espigas articuno tan sólo no dificulta el viento la salida del ladas, de suerte que cuando una de ellas se humo, sino que, por lo contrario, aumenta cierra por la aceion del viento se abre · la que aún más· el tiraje, siempre que su velocidad se encuentra en el lado opuesto. Con el mismo objeto se han colócado tamsea mayor que la del humo. _ El a par.ato que m·ás generalmente se emplea bien· en la boca de las . chimeneas un¡is cajas está representado en la fig. 194. La chime- de 4, 6 y 8 caras, con aberturas ocupadas por nea termina en un tubo cilíndrico, de plan- celosías que se abrían y cerrában desde abajo cha, circundado por otro tubo, móvil alrede- pór medio de espigas. Los aparatos móviles (figs. 194 y 195) sedor de su eje, cerrado ·por su parte superior rian verdaderamente los mejores si fuese poy ·curvado á ángulo recto. La parte superior del manguito lleva una veleta que apoya en sible dar una movilidad perfecta al manguito; mas, como el roce es siempre muy consideel tubo de salida. rable, si el viento es muy flojo la abertura Este aparat~ se ha modificado tal como lo representa fa. fig. 195: El tubo de salida está lateral permanecerá del lado del viento y reatravesado por otro, concéntrico, de meno- fluirá el humo al interior. rns p.iám.e tro y longitud, terminado exte- . Los aparatos (figs. 196 y 198) no tienen el riormente por un embudo. De este modo, inconveniente que se acaba de señalarí pues, 'el aire que penetra por el tubo interior tien- aunque rio obedezcan bien á la influencia del de á aumentar · €1 tiraje, siempre que, como viento, en ningun caso será repelido el humo ya se ha dicho, la vrelocidad del viento sea _- al interibr; pero, en cambio, sólo son· eficaces cuando el v:iento se dirige horizontalmente ó mayor que la del humo. · La fig. 196 represeH.ta ottta disposicion muy de arriba abajo: si el viento va de ·abajo arriefica,z t_a mbien. El tubo de la chimenea está . ba, debido á la disposicion de los aparatos, cobijado por un coho de plancha, atravesado el aire ext~rior penetrará . en la chimenea y en· su vértice por una espiga; fija, sostenida dificultará el tiraje. En resúmen, los aparatos tpovile$ son comá conveniente altura por un travesáño empoplicados siempre; y, como no dan_constantetrado en las parndes interiores de la chimenea. El anillo colocado' en el vértice de la co- mente los resultados que se esperan, deben bija sirve para que el centro de gravedad se preferirse los aparatos fijos. En , las grandes encuentre sensiblemente en este vértice. De chimeneas de aspiracion, cúya velocidad de esto resulta que, cuando el viento se dirige gases rara vez pasa de 2 m por segundo, basta horizontalmente ó menos inclinado de arriba cerrar la parte superior de la chimenea y abajo, hace ·oscilar el cono, cerrando la sali- practicar debajo de ella cierto número de orificios rectangulares, cuya suma de superficies da del humo por este lado. · Si los vientos violentos que puedan influir sea igual á dos ó tr,es veces la seccion de la en el tiraje tienen siempre la misma dfrec- chimenea,. con lo cual la accion de .los "."ien. cion, se puede entonces adoptar la disposi- tos no modifica el tiraje. Estos aparatos se construyen siempre de cion representada en la fig. 197, consistente plancha; por lo tanto, para que duren y no en una ~imple placa metálica, móvil alrededor se oxiden se emplea el hierro galbanizado, de un eje horizontal fijo en la chimenea, cuya ó se les dá una capa de alquitran, que resiste placa tiene el movimiento de báscula, inclinándose de un lado ó de otro segun el sentido muy bien el aire y una temperatura de 200º, ó mejor aun, el barniz vitroso. del viento. APARATOS PARA LA TOMA DE AIRE.-Como Tarn bien se han ensayado unas cajas de rara vez los vientos se dirigen de ·al?ajo arri2, 4, 6 y 8 Jados (fig. 198), cerradas por su parte superior, llevando en cada cara una ba, si la toma de aire que alimenta el hogar abertura- con puerta de visagra horizontal y se verifica en sitio descubierto, por un orifiT. II.-18

FÍSICA. IND.

·,

FÍSICA- lNQUSTRIAL

redes de la chimenea para verificar un cierre exacto. Este cierre completo no deja de tener sus inconvenientes, en particular en los aparatos colocados en las habitaciones, puesto que, por poco fuego que quede en los hogares, los gases sólo tienen salida por éstos, y, esparramándose por las habitaciones, pueden producir accidentes. Para evitarlo se pra,ctica en el disco una abertura, por la cual pueda pasar cierta cantidad de gases de la combustion aun en el caso de estar completamelil.te cerrado el registro. Para los hogares de calderas de va por se emplean dos disposiciones de registros. La primera (fig. 201) se compone de una placa rectangular, que se mueve verticalmen • te en un marco consolidado en la obra del conducto. Para que el movimiento sea holgado, se deja _e ntre el registro y el marco un espacio libre, suficiente para que los conductos comuniquen con la atmósfera; así colocado el registro cerca de la chimenea, penetra Graduacion del tiraje de las chimeneas. el aire directamente por este intérvafo, por no tener que vencer las resistencias procela de Para graduar el tiraje y la actividad com bustion en los hogares, y, en genera~, la dentes del hogar: entra el aire con gran velovelocidad de circulacion de los gases en los cidad, é, introducido este volúmen á pesar de conductos de salida, se emplean los registros, la poca seccion de paso, llega en ciertos casos consistentes en placas de fundicion ó de plan- á ser tan. eI1érgico que perjudica el tiraje, cuya ch~, que·, se colocan en un punto del conducto disminucion puede proceder de cl.os causas: y se manejan de modo que reduzcan más ó en primer lugar, por reemplazar .cierto volú:_ men de aire que habria pasado por el hogar menos la seccion de paso. De este modo se hace variar el volúmen de para alimentar fa. combustion; y, en segundo los gases, desc,le cero, cefrando completamen- lugar, por enfriar los gases que pasan por la te el ·registro. Debe observarse que el volú- chimenea, reduciendo, por lo tanto, sµ fuerza men derramado dista mucho de reducirse pro- ascensional. Para evitar. estas entradas de aire se dispoporcionalmente á la disminucion de sec_cion operada por el registro; así, en general, para ne encima del horno (fig. 202) una caja de reducir el volúmen á 0'4 la seccion del regis- plancha, _que cobija todo el registro una vez subida, con lo cual sólo queda la abertura estro debe reducirce á un décimo. necesaria para el paso de la cadetrictamente El registro más sencillo es el que se emplea para graduar la salida en los tubos de na: así se reduce notablemente la comunicaplancha, los de estufa por ejemplo, que con- cion con la atmósfera, y. las entradas de aire siste en un simple disco (fig. 200) de plancha, son casi nulas. El registro está colgado por un anillo á de forma ligeramente elíptica, sujeto con dos broches á una espiga de hierro que atraviesa una cadena, la cual despues de pasar por unas el tubo de parte á parte, y se prolonga al ex- poleas, termina ·c on un contrapeso graduado terior por un extremo terminado en anillo. de tal modo, que, á causa del roce que experiHaciendo girar la espiga, el disco cierra más menta el registro, se conserva en equilibrio ó menos la seccion del tubo, y, á causa de su en todas las posiciones. El coi.ürapeso se coforma elíptica, puede aplicarse bien á las pa- loca en la parte anterior del horno, al alcance

practicado en el suelo, que co- ) cio horizontal . rnunique p0r un conducto con el hogar, este . t1ltimo sé encontrará siempre á cubierto de los vientos, sea cual fuere su direccion; así, pues, si el canal es muy ancho para que la velocidad del aire sea muy pequeña en él, las resistencias que se produzcan apenas modifi· carán el tiraje. Bajo .este punto de vista, la toma de aire se puede disponer de modo que el viento tienda á aumentar el tiraje, para lo cual, la toma se hará al nivel del . suelo; colocando una tapa móvil en el orificio, inclinada á 4 5°, á fin de poder contrarrestar el viento. Tambien puede emplearse el viento para mover aparatos análogos á los del vértice de · la chimenea, adoptando el aparato móvil de la fig. 199: consiste en un nicho esférico, metálico, móvil, provisto de una veleta colocada de modo que aquel presente siempre su abertura al viento, para que éste se introduzca en el conducto.

CHIMUNEAS

del fogonero, para su fácil manejo; de este modo, el fogonero lo hace subir ó bajar sin que desatienc;la las aten.dones del hogar. La ñg. 203, representá otra disposicion de registro para hogares de calderas de vapor, que, consiste en una placa R y un marco entregad0 en la obra del conducto C C; pero, como aquí esta placa es giratoria, está mon.tada en una espiga vertical O O que atraviesá una guia fijada en el travesaño superior del marco, sobresaliendo al exterior y terminando en un manúbrio .M para su manejo~ Esta espiga descansa ·eú .un pivote saliente, colocado en el travesaño inferior, para que no haya obstrucciones. Con esta disposicion se evitan completamente las entradas de aire. Por medio de una cadena y un contrapeso (úg. 204) se puede IDanejar el registro R des4e el frente del horno, tirando del -coi:itrapeso colocad_o en el extremo .d e la cadena a, a, a. Cuando la temperatura ·del aire caliente pasa de 5 á 600° ya no es posible emplear los aparatos que se acaban de <describir, en a,tencion á que esta temperatura tan · elevada oxida y deforma la fundicion ó el hierro de que es{án forma:dos los -registros. ·El método mejor para graduar el tiraje de la chimenea. consiste, en- este caso, en colocar la placa móvil e·n el orificio superior de la chimenea; de este modo, encontrándose sieJTipre . fria la placa por una cara, debido á su contacto con el aire ambiente, se calienta menos. La figu- · ra 205 ·representa esta disposicion: e esuna pfaca de fundicion sqstenida por una espiga ' vertical, . articulada al extremo de la palanca· a b, móvil al rededor del punto d; el extremo a recibe una c_a denag, con 1!1 cual se gradúa la di~tancia de la placa al orificio de la chimenea. Esta disposicion tiene el inconverni.ente de tener .qué subir un operario al yértioe,siernpre .11ue ocurra algun de~erfecto. Altura y seccion de las chimeneas. PRELIMINARES. - La potencia de un apara_to de calefaccion está directamente unida á la · cantidad <lle combustible que puede quemarse en el hogar, cuya cantidad depende, en sí, del tiraje de la chimenea, es decir, del peso de gas que pueda absorber, y,. por consiguiente,. de su seccio~ y alt~ra. Lo ?Iismo _se verifica en.

1~9

las chimeneas destinadas á la ventilacioh de los sitios habitados. La determinacion de estas <.;los dimensiones tiene una gran importancia, bajo todos los puQ..tos de vista. ·· El peso de gas que sale ·de una chimenea se determina con la fórmula

que ya hem9s visto al tratar del peso de los gases derramados (fórmula 6 ). En esta fórmula, P es el peso de los gases, ·en kilógramos, pos r segundo; . O es la seccion de la chimenea, en metros cuadrados; H la altura de la chimenea, en metros; R el coeficiente de resistencia total al derrame ó salida de los gases por los conductos, covficiente referido á la seccion O del vér- · ti.ce ·de la chimenea, que, para el caso relativo á los hogares, se calcula c;omo indicaremos más adelante. _ t es la temperatura de los gases en la chimenea; . 8 _la temperatura exterior; d 0 la densidad de los gas-es á oº, con relacion al a·g ua, á la presi0n atmosférica; a el coeficiente de la dilatacion -de los gases

= 0'00367 .

Representemos con m la tunció,11: (1)

la relacion tomará entonces esta otra forma:

Puede definirse m con relacion al pes.o derramado por una chimenea de seccion y de altura iguales á la unidad, cuyas resistencias sean nulas. Segun la fórmula de la funcion se vé que el -v,a lor de m sól0 depende de las temperaturas interiores y exteriores: por lo tanto, para definirlo se pueden co,Rsiderar dos casos, segun sea t -6, ósea el exceso de temperatura, mayor ó menor que 150°.

' I

140

FÍSICA I•NDUSTRIAL

El primer caso se aplica muy partícularmente ,á las chimeneas de las fábricas, y el segundo á las chimeneas dehabitacion y á las .llamadas de aspiracion, que, se aplican prefe- · rentemente á la ventilacion d·e las habitaciones. CHIMENEAS DE LAS FÁBRI~As.-En la mayoria de los aparatos de calefaccion que se emplean en las fábricas, especialmente en las calderas de vapor, el exceso de · la temperatura de los gases en la chimenea pasa siempre de 150° y no lleg::i. nunca á 500°. Dentro de estos limites, la funcion m goza de la propiedad de permanecer, puede decirse, constante. Calculando su valor para 6=o, se obtienen las siguientes cifras correspondientes á varios va.: lores de t, (véase el ,cuadro relativo á las velocidades, volúmenes, pesos y depresiones).

(3)

Con esto se vé que el peso de combustible es proporcional á la seccion-de la chimenea; que no-depende de las temperaturas (d·e ntro de los límites in.dieados); y que tampoco de- , !?ende de los valores absolutos de H y de R,

'50º

Se •vé, pues, que dentro de estos límites de temperatura, ·particularmente entre 175° y 400º, el valor de m permanece prácticamente constante. Si la_ temperatura exterior fuese 6 = 20º ,_ para el valor medio de m se encontraria 2'70, aproximadamente. - Tambien puede obtenerse otra . expresiori relativa al peso de gas perdiao por lá chimenea, con relacion á la cantidad de conibnsti·b le · quemado. Llamemos p s este peso y A el peso de aire introducido por kilógramo de combustible, en cuyo caso, el peso de los gases producido por segundo es

, p _ p s (A + 1) . _ - . 3600 ) igualando estas dos expresiones, se tiene

!R.

· y sí únicam:n te de la_relacion 1

175° 200° 27"5° 300º 400° 500? m 2'741 2'812 2'829 2'864 2'860 2'81 l 2'736.

• 1 . f .·•

· El coeficiente 500 se aplica á la hulla y demás combustibles análo·g os que exijan, á poca · diferencia, la misma cantidad de aire para su combustion. ALTURA DE LAS CHIMENEAS DE LAS FÁBRICAS. -Partiendo de lareladon que existe.entre la altura de una chimenea y las resistericias que experimentan los gases absorbidos por la circulacion de ella, cuanto mayores sean estas resistencias mayor debe ser la depresion ·que produzca el movimiento en la base de la chimenea; y, como ya se ha visto que esta depresiones proporcional á la altura d~ la chi-'menea, ésta debe aumentar forzosam~nte c0n las resistencias. Dicha altura se debe determinar . de tal modo que, dentro de cualquter condicion de marcha, la velocidad de los gases y, por lo tanto, su potencia viva al ~alir de la chimenea á la atmósfera, sea suficientemente enérgica para dominar la accion de los vientos. P,a¡a ello, la v~locidad no p0drá bajar de 2 metros ó, á lo menos, 1'75m. La velocidad de los · gases en el vértice de · la chimenea se determina con la fórmula

v==

Q g H « (t - 6) (1+«6)(1+R).

Esta velocidad varía segun la .actividad de la combustion, que, se gradúa haciendo variar la resistencia R por ipedio del registro. Al encontrarse éste completamente abierto, R es,_ relacion general entre el peso de combustible mínima, y máxima la actividad. En las condiciones ordinarias de funciortamiento d~ las consumido en el hogar, la altura y la seccion calderas fijas de vapor, la actividad máxima de la chimenea. El peso A está comprendido entre 12 y 24 del hogar corresponde á un consumo de 100 kikilógramos con relacion á la hulla, y el tér-· lógramos de hulla, por metro cuadrado de rejilla; así, para una superficie de caldeo igual mino medio es 18 kilógramos: partiendo de ~ unas treinta y cinco veces la de la rejilla,. la esta cantidad y haciendo m=2'70,,.se obtiene tempe11atura de los gases, .al llegar á la chila relacion :simple

141

CHIME-NEAS

menea, es de 356°; de modo que, para 6 se tiene:

= 4 º9 V ,0

•

= 10°,

H. + R '

siendo R la resistencia cuando el registro est-á · completamente abierto. · Reducida la combustion á 50 kiJógramos por metro cuadrado de rejilla, el peso d€ los gases se reduce igualmente á la mitad; Y~ corno además su temperatura baja á 179'8°, la velocidad v' en el vértice se convierte en:

+ 179'~ =

SECCION DE LAS CHIMENE~S D~ LAS F.¡\BRICAS.

76'V/ _!:!_. 100 I + 3 56 a 1 R Si para que el tiraje tenga suficiente estabilidad se impone como condicion que la velocidad de salida no baje de 1'76m, con una combustion mínima· de 50 kilógrarnos por metro cuadrado d,e rejilla, se tendrá:

v'= v . ~ .

·1

minada. Así, en las ciudades, el vértice de las chimeneas debe pasar bastante de la altura de las cumbreras ó azoteas delas casas contiguas,. para que el humo no incomode á la vecindad. . En ciertas fábricas de productos .químicos, l_o s gases que se desprenden ejercen una influencia muy perniciosa en la vegetacion; de suerte que su salida debe efectuarse á una gran altura. Entre .estas chimeneas pued~ citarse la de Port-Dundas, que, tiene 138 metros de altura. El diámetro exterior en el vértice es de 3'65m, y de 9'75m en la b.ase.

> l + R;

-La secciQn que debe da.r se á·una chimenea de esta clase, para quemar un pes0 de combustible determinado, se deduce inmediatamente de la ·ecuacion última <J)r que, para la hulla·, dá:

Q=--

(4)

500

v.l

1+R

siendo R el coeficiente de resistencia total al lo cual es la seccion en el vértice de la chimemovimiento de los gases durante su circula- nea: es proporcional á la cantidad p s de comcion, con el registro completamente abierto. bustible que se debe quemar y á la raiz cuaH.-:-: I' R es, pues, un valor mínimo. drada de la relacion y puede ser tanto Para calcular la altura H de la · chi_rnenea, debe conocerse R., Ya daremos un ejempló de más peq,u eña. cuanto más alta sea la chimeesto cuando hayamos determinado las seccio- nea ó cu¡mto menores sean las resistencias. Si la altura se ha determínado con 1a-_relanes de : la chimenea y de _los conductos de 1 ·+ R, se obtiene simplemente: cion H ' hqmo . . En los hogares ordinarios de calderas d~ vapor. el valor._ de 1; R apenas baja de 12, y º=.l!_!__ : ' (5) 500 rara '.'..'ez al<?anza 40: generalmente está. cornpre:ndido entre 20 y_30-: La seccion, en metros cuadrados, es·.igual Segun la regla anterior estas' cifras repre- · se_n tan tarnbien la altura de las chimeneas al pesq, en kilógramos, de combustible que correspondientes, que son las alturas general- debe quem·a rse por hora, dividido por 500; es mente adoptadas._ Contadas son .lás chime- decir, que ·se pueden quemar 500 kilógramos neas de fábrica menores de 15 m~tros y made hulla por metro cuadrado de chimenea, yores de 40 metros: por lQ general se les dá que es la combustion máxima con el registro completamente abierto. El manejo del regisde 20 á 30 metros de altura .. _ Es tanto mayor el tirnje .Y, por lo mismo, tro permitirá reducirla, y el término medio puede reducirse tanto más la -seccion, cuan- corresponde á j75 kilógramos de hulla, por to más alta sea la chimenea; pero, como en _ metro cuadrado: el consumo mínimo es de este caso au-merita mucho el presupues.t o de 250 ki,lógramos, aproximadamente. Si la altura de la chimenea fuese ma or c~nstru~cion, no _ debe pasa_rse nunca de 1 R H = 2(1 +R)porejemplo,en ton e e tendria -:- r, excepto en ciertos casos particqlares que Q _.....;;p_s~=- - _p_.1 r~q:ui.eran, un tir~je muy a,ctivo, ó que las c.o n7 7 500 V 2 diciones locafo_s, 9_bJ,ig1J,~n 1,1na ,altura 4eter-

~tr~,

-ª

FÍSICA I•NDUSTRIAL

es decir, que se podrian quemar 707 kilógramos con el registro abierto, por metro cuadrado de chimenea. Para una chimenea H = r + R, la relacion. p s = 500 Q dá para P.= 500 ldlógramos, cor- · réspondientes al máxim_o de actividad de la c0m bustion. (6) .

5=5'

º·

La superficie de la rejilla es cin.co veces la de la chimenea. Si H = 2(1 +R), se timdria,parap=10O kilógramos, s = 7',07 a: la relacion seria 7'07. · Inversamente, si en esta última chimenea

de 25 metros de altura, la combustion seria de 625 kilógramos de hulla por metro cuadrado., la cual es demasiado alta. Con relacion á otro coml:Justible, la seccion. de la chimenea se deduce de la secciono, calculada para la hulla. Sean Q' la seccion necesaria para quemar un ,_ peso P' s'_de un combustible cualquiera, A' el peso de aí,.-ei empleado para la com bustion de ., , r kilógramo, y se tiene: , 1

,¡.,'

o' -o _t'_s_

f •

A'+ I A+r

·v

1_+R P, s' A'-r-1 (7) 0 ' = - - A+r 5oo 1 / ; = . H . 5OO 5 V . qr kilógramos: se podrán quemar 141 kiló..: Si se trata de madera, el término medio es gramos por metro cuadrado de rejilla. Muchas son las reglas que se· han dado, y A' -6'80· A'+ 1 6'80+-1 .0 ' 4 1 L ' A+ 1 18 + 1 = · ª muchas tambien las fórmulas para determinar seccion de una chimenea, para hogar que quela seccion de una chimenea de fábrica. Darcet i])dica que las chimeneas deben te- me madera,' es, á igual peso de combustible, ner 10 metros de altura, y una seccion corres- los 0'41 de la de una chimenea para hoga,r pondiente á 300 ó 330 kilógramos de hulla que queme hulla. Mas, como para obtener e1 mismo resultado quemada por, metro cuadrado y por hora. calorífico, las cantidades de combustible deSi en la fórmula p s 500 o 1,: R , se ben estar en relacion con las potencias calo, p' s' · 8000 · hace H = ro y se toma t.+ R = 25, para las ríficas, de suerte que -p-- = - - = 3, re2 6 50 s condiciones medias de ~esistencia, se tiene: sulta que se necesita tres veces más de madera que de hulla; así, en definitiva, á igualdad de potencia del aparato de caldeo, la seccion de una chimenea para la madera deb~ ser _Q' =3 que son 320 kilógramos de hulla por metro ·x 0:41 o= 1'23 o, ósea, 23 por :roo mayor que cuadrado de chimenea; pero la altura de diez para la hulla, cuyo aumento depende q:e la mayor cantidad de v-i:i:por de agua que sale· 9-e metros no basta para un· tiraje regular. ~ la madera·. . La fórmula de Montgolfier, es: · Ejemplo.-Setrata~de determinar la seccion de úna chimenea capaz de producir un tiraje suficiente para quemar, por término medio, . ' ._, 200 kilógramos de hulla por hora. Las dimensiones de ;una chimenea deben que viene á ser la que ya hemos indicado, si se determinarse, no con relacion.á la combustion hace I + R = 2.5 ; lo cual corresponde á una resistencia media de la circulacion de los ga- media, sino para la combustion máxima; así, pues, la chimenea debe ser suficiente para el ses en los hogares de calderas de vapor. máximo de actividad. Si la combustion má. ps Segun Tredgold, o= o'8 lo cual xima es superior en 50 por 100 á la coinbus100 H . dá una seccion menor, correspondiente á tion media, la accion de. la chimenea deberá R 15, cuya cifra sólo se aplica á una circu- calcularse para quemar 30 kilógramos 00n el lacion de poco desarrollo. Con una chimenea regi~tro completamente ~bierto.

se .hace s = 5 o.; s~ tendrá p =

{

v-•

CHIMENEAS I

-Si la altura se determina por medio de la relaci:on H I + R, se tendrá, como acabamos de ver,

500

00 = )500 = ·o 'bo

metros cuadrados.

lo cual, si la chimenea es circular, corresponde á un diámetro

= 0'874 '°.

. , Si para determinar la altura de la chime2 (1 + R), se hallaría nea se tomase H

300 = 0'~24 m• d~ donde D = 0'735 ..:'. 707 .

Seocion de los conductos de-humo.-Conocida ia seccion Q del vértice de la chimenea, se deduce fácilmente· la seccion de los conductos de humo, es decir, de los conductos de paso de los .gases alrededor del receptor, en los varfos punt©s de su circulacion. Esta seccion debe determinarse de · modo . que las resistencias al movimiento de los gases sean bien regulares. La pérdida de carga En, re1ativa á una resistencia cualquiera, se obtiene <l:On la reilacioa En__:

v• . . 2g

rn d - - ,

fa cual se convierte en esta otra: .

d ( Q

rn=m r1.--:.

º• ,

en donde m es el coeficiente de resistencia considerado

(6 sea, m .=

~~x

para el roce), .

dn la densidad en la seccion ri. y d la densidad en el vértice de l.a chimenea, en cúyo punto la seccion es Q y la velocidad v. Para que las resistencias sean regulares conviene calcularlas como si la velocidad y la seccion fuesen en fodos los puntos iguales á las del v értice, para ·10 cual, basta tomar la seccion íln de modo que resulte

d (

Q Q~

__: I,

de donde(8)

Vf =

O {// ;

t: :

1 43

t y tn son "las temperaturas correspondientes á las densidades d y d. en las secciones Q y -º•· Las secci'on On del conducto de hÚmo, en un pwnto cualqut"era de la drculacion, debe ser i"gual á la seccion Q del vértt"ce de la ·chimenea multipHcada por' la rai'r_ cu"adrada d~ la relacion fn.versa de los módulos de temperatura. _Para el caso de varios aparatos de calefaccion, cuyos productos de combústion afluyan á una . éhimen única, la seccion de los e0nductos de cadá hogar· se determinará proporcionalmente al volúmen de los gases que deba_n pasar por ellos, ó, lo que es lo mismo, al peso de combustible quemado en cada hogar correspondiente. Si p s ·es el peso total de combustible quemado en todos los apa~atos, y o la seccion de la chimenea única, calculada como se ha dicho antes, se obtendrá la secciono. de los conductos de un aparato en el cual se queme el peso p, s, de combustible, en un punto cuya temperatura sea t,, po:i;medio de la relacion : ( 9)

•_ Qn -

p,s, f-,/1+cxt, P S V I ex t

Como en la práctica seria muy complicado variar la seccion de los conductos de una mai:iera contínua con relacion á 1a · pérdida contínua de temperatura, basta dividir la circulacion en cierto número de partes (cinco ó seis, ordinariamente), calcular la temperatura media para cada una de ·ellas y, por .medio de la fórmula anterior, determinar la seccion de cada parte. Ejemplo. - Apliquemos estas fórmulas á una- caldera de vapor de las llamadas de h~rvideros. Una caldera de esta clase es un tipo muy empleado, que, como ya sabemos, se compone (fig. 206) de dos cilindros horizontales, llamados hervideros, colocad0s en un mismo plano horizontal sobre el hogar, y que comunican con un cuerpo cilíndrico, de diámetro casi doble, colocado paralelamente encima de ellos. El conjunto está montado. en un horno de obra de fábrica, en el cual sé practican los conductos para la circulacion de-°los gases de la combustion, que, al salir del hogar, circulan primero por un primer conducto A B

FÍSICA INDUSTRIAL 144 alrededor de los dos hervideros, en d1rc:~ci0u deros; la segunda parte B la otra mitad; la tercontraria al hogar; vuelven á la parte ante- cera, C, es la parte de los con.d uetos qtie está rior. por un segundo conducto C, por uno de en contacto con un lado de la caldera, y la los lados del cuerpo cilíndrico; pasan, por el cuarta, D, la del otro lado. La quinta parte E, frente; al conducto D situado al otro lado, y de la circulacion, es él conducto que conduce de éste al· conducto E que los conduce á la los gases del extremo de la caldera á la chibase de la chimenea H. menea, y, por último, la sexta parte H es la Para el cálculo supondremos las siguientes altura de la chimenea. dimensiones, que son las más comunes en La superficie de caldeo correspondiente á calderas con hervideros. cada una de las cuatro primeras partes es, á Hervideros: long. mm, diám. 0'55m. poca diferencia, el cuarto de la superficie fo tal. Cuerpo cilíndrico: long. mm, diám. r'mm. Con una actividad media de combustion, las Poniendo en contacto con los gases de la temperaturas de los gases, en los varios puncombustion toda la superficie de los hervide- tos del circuito, serán: ros y la mitad de la caldera, la superficie tom58º al salir del hogar; tal de caldeo es 5 r '8 metros cuadrados. 830º despues de la primera cuarta parte de La superficie de la rejilla es 1'5om•, ósea, la superficie de caldeo, es decir, á la mitad de I . los hervideros; -,-- de la superficie de caldeo : para poder 6 5 m º despues de la segunda cuarta . parte, 34 quemar un má,,x imo de 1 50 kilógramos de hu- esto es, al extremo de los hervideros; . lla, por hora, será preciso que la seccion de la 340º despues de la tercera cuarta parte, ó . . 150 sea, despues de la primera mitad del cuer' eh 1menea sea Q = - - = OJO"''. 500 po cilíndrico ó á los ª/• de la superficie total; _ Para deducir la secciou de los conductos se 250° al extremo de la caldera. dividirá la circulacion en seis partes. Aplicando la fórmula {8), para las seccioLa primera parte A comprende la circula- nes de los conductos se encuentran las cifras cion hasta el centro del_¡:¡. longitud delos hervi- siguientes:

Partes.

CONDUCTOS DE HUMO

TEMPERATURA MEDIA

SECCIONES

J058+830 - = 944 º 2

0 1 4578 ·sea 0'46

-A

1 .ª

2.ª parte, debajo de los hervideros, á continuacion. .. .

830+510

Primer lado del cuerpo ciltndrico .

Segundo lado del cuerpo cilíndrico.

510+340 =425 o 2 340 + 250 = 2 95° 2

Conducto que termina en la chimenea... Chimenea ..

parte debajo de los hervideros ..

Con relacion á las partes A y B, la seccion del conducto se hace casi siempre uniforme. • Cálculo del coeficiente de resistencia R.El valor del coeficiente de resistencia R, á la salida de los gases en los conductos de un

=670º

2 50 o 250 o

0'4029

0'40

0 '3465

0 '35

0'3126

0'31

0 1 300 0 1 300

0'3.0 0 1 30

hogar de caldera de vapor, sirve de base para determinar 41. altura de la chimenea. Además de la resistencia producida por los roces, y los cambios de direccion y de seccion, cuando se trata de un aparato de calefaccion

CHIMBNEAS

debe tenerse en cuenta la resistencia de la rejiÍla y de la capa de combustible en ignicion. Supondremos que las secciones de los conductos se han determinado por medio de la relacion (8). Llamando e la carga correspondiente á la velocida_d· v en el vértice de la chimenea, y E la depresi<;m total _producida por el tiraje, se tiene:

Hda~-~

145 en donde, ves la velocidad y t la temperatura de los gases en el vértice de la chimenea, en la seccion Q . . El peso de aire y de gas se encuentra en

la relacion A~svu

R=G+ F

+D+S.

No se tiene en cuenta la resistencia del registro, puesto que, el valor de R para el cálculo de la altura de 'la chimenea es el que corres pande al registro completamente abierto. Rest'stencia d_e la rejt'lla G.-Sean Vº la velocidad del aire debajo de la rejiJla de superficies; d su densidad á oº; o su temperatura ; l el espesor del combustible: la fór_mula relativa á la pé~dida d:e cargo será 0 _

E=fJ-l I

+a 6 o

v• o 2g

de lo que se ~educ'e el valor de G:

2 (:

+b), lo cual, para una velocidad 1;11e-

dia, dá p.= 2720 á la temper-atura de 15°, cuya cifra debe aumentarse s;onsiderablemente para combustible en ignicion. Por otra parte, -E=Ge=G FÍSICA IND.

. do

1+at

1+ao

A• (A+ I)' .

Q•

G=,.,.l-1+at -· s•-

Suponiendo, para un hogar de caldera de vapor, l=o'12,

º-=

A=18,

10° ,

se encuenfra G

= 6'324,

cuya cantidad debe aumentarse de 50 por 100 á causa del estado de ignicion del combustible. . El coeficiente G depende esencialmente de la relacion entre la superficie de la rejilla y la seccion de la chimenea, de la actividad y del período de la -Gombustion: la cifra 9 puede considerarse como término medio. · Rest'stencias producidas por el roce F.- El valor de F se determina con la éxpresion general /

=~~ d,

(~)• _k l •. Q,

Q es la seccion en el vértice de la chimenea y d la densidad_de los gases en est~- seccion. Q, es la seccion de qna parte cualquiera de la circulacion, cuya longitud es l, el perímetro X y la densidad de los gases es d k es el coeficiente de roce, que, depende de la velocidad de los gases, de la seccion de los conductos, de la naturaleza de las paredes, etc.: lo tomaremos igual á 0 '020 para Jos conductos de obra de fábrica, más ó menos cubi~r. tos de hollin. Calculados los conductos de hui:no con la fórmula (8), la expresion del coeficiente de resistencia- por el roce se reduce á 1•

Para una mezcla de' hulla y de cok, en la proporcion de 1 ·á 6, el valor de ,.,_ es igual á

, lo cual dá

+a o

. E.=(1+aº0){1 + .rxt); E;e=Re-e=d2g·

La resistencia R es la suma de las resistencias parciales en los varios puntos de la circulacion: para un apara~o de ._c alefaccion con hogar, como 'la cáldera descrita, se puede dividir en cuatro partes: · 1. ª La resistencia G producida por la rejiila y la capa de combustible en ignicion. · 2. ª La res1stencia F de bid a á los l'Oces con las paredes en toda la circul~cton. _ 3•.ª La resistencia D produdda por los camc. _b ios de direccion q.ue experimentan los gases desde ei hogar á la chimeriea. 4." La resistencia S pQr los cambiqs de seccion. Así, se tendrá· .

2g' T. lr.-19

FÍSICA INDUSTRIAL

Aplicando esta fórmula á la caldera: con hervideros, cuyas dimensiones se han dado, se forrr¡a el siguiente cuadro:

Si las secciones de los -conductos se han determinado convenientemente, el factor oe p. se reduce á la unidad, y resulta simplemente D='T.p.. ,

Conducto

de humo .

D E

7'526 i'436 2'7~9 2'6 6 2'200 2'740

16' 4 18·6 8'o 8'6 7'3 4' 57

0'46 0'40 0'35 0'31 0'30 0'30

klx_

- -

5 5

25 T. k lx_ Q,

1'.64 1'86 i'6o 1'~2 - o' 8 0'29

-9'99

En el hogar considerado existen entre B y C dos cambios de direccion á ángulo re-cto," muy aproximados, al igual que entre C y D; hay, además, otros dos cambios á ángulo recto tambien, uno á la entrada,· otro en la longitud del conducto E y otro cam_bio en la · base de la chimenea. Los dobles cambios sólo deben contarse como uno solo: tenemos en suma 5 cambios; y, como, para un ángulo recto, p.= 1, ~e .tiene:

_D ='T.p.=5. , que, en cifras redoi:idas dá F = 10. Re.sistencia por los cambios de seccion S.Para calcular el roce en la chimenea hemos En el hogar ·que consideramos, los cambios supuesto que su altura era de 25 metros: más ó m'e nos bruscos de seccion se encuen ~ como, generalmente, la altura que se dá á las chimeneas de las fábricas está comprendida tran en tres puntos solamente: á la entrada entre 20 y 30 metros, el error que resulte del áire en el cenicero, en el ara ó fondo del para el coeficiente de roce será insignificante, hogar y á la entrada de la chimenea. La repuesto que, para una diferencia de 10 metros sistencia por el cambio de sécdon á la entrasobre esta altura, F ·varia:rá tan sólo de -una da de la rejilla ~stá cómprendida en la resistencia del hogar. unidad. La contraccion á la entrada del cenicero Por lo demás, u_n a vez terminado el cálcuproduce una resistencia r, e, dada por la fór- ., lo, si el valor encontrado para H fuese muy · distinto del supuesto, se podria hacer un cál- mula culo de rectificacion. Este cálculo se ha hecho suponiendo la seccion de la chimenea uniforme de la base la cp es el coeficiente de coIÍtracdon;vértice, lo cuaJ sólo tiene lugar en las chid y d, son las densidades del aire á, la enmeneas metálicas. Las de obra de fábrica tienen, en general, un diámetro interior ma- trada del cenicero y de los gases en el vértiyor en la base que en el vértice. Además, ce de la chimenea . a o, son las secciones de la chimenea y de están construidas :f ormando troncos de cono sobrepuestos que producen cambios brnsco$ la entrada del cenicero. de seccio.n. Como el cálculo de la resistencia, Haciendo a= 10°, t = 2_50°, a =0'5·0,, teniendo en cuenta ,todas estas condiciones, cp 0'83, se obtiene seria muy complicado y sin verdadera utilir, =0'056,_ . dad, bastará suponer que las pérdidas por cambio de seccion se compensan con el au- cuya resistencia, como se vé, es despreciable. La resistencia ~n el ara ó fondQ ,es produmento resultan.te de la disminucion de velocida, así como tambien con relacion al regis~ . cidad. Resistencia por cambio de direccion D.- . tro, por una contraccion .s eguida de un auLa expresion general del coeficiente de rnsis- mento de seccion: si Ja representamos con r, e ~encia, debida á los cambios de direccion, es tendremos

ü )' . D='T.p.-d ( -d,

ü,

CHIMENEAS w, y ü, son las sécciones contraida y ensanchada del fondo. 'f' es el coeficiente de contraccion. Haciendo 'f' 0'90, ü, 1'41 w,, se obtiene

1 47

modificar las velocidades' de salida del aire en los tubos . Si, por ejemplo, terminan dos tubos, uno en frente de otro, en otro tubo perpendicular, la influencia de las venas será nula, siempre que las dos corrie,ntes tengan la . misma velocidad, por producirse el mismo Se vé, pues, que es Ja contraccion muy par- efecto que si las venas_chocasen en un plano ticularmente la que produce la resistencia, la fijo colocado entre-ellas; mas, en el caso de cual no es muy considerable. ser desiguales _las velocidades, la vena que La resistencia rae de la desembocadura de tuviese mayor fuerza destruiría · 1a· accion de los -conductos -en la base de la chimenea, es la otra, obstruyéndole más ó menos el orifiproducida por un aumento brusco de seccion, cio de salida. · por ser casiiguales la tempera tura y la seccion Para evitar fos efectos producidos por la del conducto á la seccion del vértice de la chi- desigual velocidad se ·coloca en -el conducto menea. un diafragma P, como indica la (fig . 207). . Iguales fenómenos se producen si los dos 1 ) • tubos están á ángulo recto, como en la figuJ :: ; ra 208, en cuyó caso·, se añaden los efectos en c'londe w, ü, son las secciones del con- resultantes de las presiones laterales. Estos ducto y de la base de la chimenea. efectos se evitan por medio del diafragma P . Si se supone ü, 4 w,, Si el tubo se ensancha, como expresa la fig. 209, el encogimiento del tubo antes de resulta encontrar el orificio del tubo lateral produce que es, á poca diferencia, ·el máximo. el efecto de un diafragma : la influencia del Sumando estas varias pérdidas se·encuentra choque de.las venas puede despreciarse, mas no así la producida por la disminucion de prer, r, ra 0'056 0'574 0'5626 S siori debida al e!].sanchamiento del tubo. = 1'1926. En el caso de que una corriente de aire caEl coeficiente él.e res1stencia debida á los liente afluya horizontalménte á una chimecambios de seccion tiene, como se vé_, muy nea de absorcion vertical, puede esta absor- _ poca importancia; y, para un hogar de caldera cion debilitarse,_ á pesar de que la seccion de con hervideros convenientemente estableci- la chimen'e a sea mayor que la de 1a corriente do, se le puede cons·iderar, prescindiendo del de aire caliente, si la velocidad de este último cálculo, con un valor comprendido entre I y 2. es mayor, puesto que, cerrará la chimenea al Como la resistencia total es la suma de las igual que una válvula. . resistencias parciales, se tendrá Peclet observó este fenómeno en la chimenea de una fábrica de sosa, que formaba R= G+F+D+s = .9 + 10+ 5+ 1'19 parte de un aparato de condensacion. La chi25'19 menea tenia 13'30"' de altura, y unos 0'75m• de sección; en ella desembocaba horizontalmeny, por consiguiente, . te el conducto de humo de un horno de -sosa 5'12. Vr + R (fig. 210). Al encender el horno de sosa se R, la altura verificaba el tiraje, que, iba aumentando du-Aplicando la fórmula. H = 1 rante algun tiempo, para disminuir luego, mínima de la chimenea será acabando por ~er nulo, así que principiaba á H 26 ' 19m. trabajar el horno. La causa de est~ fenómeno EFECTOS PRODUCIDOS POR EL ENCUENTRO DE obedecía al choque de las dos corrientes, y se LAS CORRIE~TEs.-Al desembocar varios tubos corrigió por medio -del tabique vertical A, en un mismo conducto, las venas de aire se colocado en el interior d.e la chimenea, de prolongan más allá de los orificios, y pueden, suerte que el aire caliente n0 se pbnia en en ciertas circunstancias, sus acciones mútuas contacto con- los gases de· la chimenea has-

:ª ={ =

= + + =

FÍSICA INDUSTRIAL 148 ta que babia adquirido la misma direccion union con la caña forma un perfil cóncavo, como expresa la fig. 212. vertical. La caña tiene la forma de tronco de cono, Así, en todas las chimeneas de absorcion que reciban corrientes de aire perpendicu lar- con una disrninucio n de grueso compreqdi do mente, ó algun tanto inclinadas, debe tenerse ordinariam ente entre 0'025;;; y 0'030"' por me/ mucho cuidado en- dirigirlas segun el eje de tro, segun el diámetro de la chimenea, · vuelo un general lo por. presenta El capitel la chimenea, antes de ~u contacto. muy pronunciad o, y se construye de ladrillo Construccion de las chimeneas de las fábricas. ó de silleria. El espesor de la pared de una chimenea -Las chimeneas de las habitacion es se constru·yen en ·el espesor de "las paredes; las de disminuye de la base al vértice: para evitar la ventilacion en la parte superior de los edifi- merma en ladrillos y obtener economia en la cíos, cuyas· formas y proporcioi:i,es dependen mano de obra se procede por zonas de espede las del edificio en sí: de éstas ya se tratará sores sucesivos, múltiplos del ancho dé un al hablar de la calefaccion y ventilacion de ladrillo, que presentan resaltos bruscos entre las habitacione s. Aquí sólo examinare mos-la una y. otra zona. La fig. 2T I representa el alconstruccio n de las chimeneas aisladas, esto zado y seccion de una chimenea construida en estas condicione ?. Se compone de u,na sées, las chimeneas de las fábricas. Estas chimeneas se construyen general- rie de troncos de cono sobrepuest os, cuya sumente de ladrillo, que es el material que me- perficie exterior es regular; la interior, pof jor resiste la accion del calor y cuya duracion lo contrario, forma resaltos bruscos, del anes casi indefinida: tambien se las construye cho de un ladrillo, á cada cambio <;le zona. Trar_ado del perfil de una chimenea .-Los de plancha, cuando se atiende á la economía ó .para establecim ientos-de duracion limitada. datos para ello son: la altura H de la chimeAl principio se daba á las chimeneas la_for- nea y el diámetro interior D en.el vértice. En la línea K O (fig. 113), que representa el ma cuadrada, cuya construcci on se presta mejor al empleo de materiales d~ aristas rectan- nivel del suelo, se tira una perpendicu lar en gulares; sin embargo, la práctica y destreza la cual se toma á escala una longitud 0 0 o5 , de los operarios permiten construir hoy dia igual á la altura H, cuya línea representa el chimeneas de seccion circular, cuya forma es eje de la chimenea. En la paralela O~ A (trazada en el vértice O preferible por las grandes ventajas que presenta. A igualdad de seccion y de grueso á la línea 0 1 K, se toma una longitud 0 0 a presenta menos superficie de resistencia á los igual al radio interior; luego se · la prolonvientos, por lo tanto, se encuentra dentro de ga añadiendo el espesor a A, que, generailas mejores condicione s de estabilidad ; néce-_ mente, es ·igual á la longitÚd del ladrillo: a A =0'22. A "v eces se le dá solamente o'IT, óse,a sita menos ladrillos (casi ~ ), y su forma es el ancho del l~drillo, y tambien tres anchos, ó sea, 0'3 5, contando l.as juntas de mortero, más elegante y airosa. Una ·c himenea de ladrÜlo se compone (fi- siempre que deba estar expuesta la chimenea gura 211) de tres partes: el pedestal, la caña y á vientos muy violentos. Por el punto A se tira un_a recta A Ginel capitel. El pedestal es un prisma de seccion cua·d ra- clinada, cuya desviacion con la vertical · sea da, poligonal ó redonda, cuya altura guarda de 0'025 á 0'030, convenien temente ·determirelacion con la total de la chimenea, sepa- nada para que cumpla con las condicione s de rándose muy poco de la rair_ cuadrada de estabilidad . Esta línea A G representa la arista exterior de la caña ó columna. esta altura. En la altura Ü 5 O se toma Üa O,, que será alpoca Al pedestal se le dá á veces muy . tura y un gran diámetro, con el objeto de la del pedestal, igual aproximad amente, como disminuir la cantidad _d e material y, aumen- se ha dicho, á la raiz cuadrada de la altura tando el zócalo, repartir el peso de la cons- total: por este punto O, se traza la· horizontruccion en mayor superficie; en este caso·, la tal Od, que, corta en F la arista inferior de la 0

)

CHTMENEA-S

columna. La vertical J K, trazada á· una distancia FJ=o' 12'", representa la arista exterior del pedestal, que, generalmente, se afeja aún más del punto F para darle ·mayor estabilidad. Para determinar el perfil interior de la chimenea, se divide la altu.ra de la cañaºº O. en cierto número de partes, que varían de 4· á 8 metros -de alt-ura cada una, y, por los _puntos obtenidos O,, o. Oa-••··, se tiran paralelas á la base, que, cortan la arista exterior en B, C, D, é indican los límites de cada zomt. Se toman luego en sucesion las longitudes b B, e C, d D, iguales respectivamente á 0 '36, o' 48, 0'60, es decir, á tres, cuatro, cinco anchos de ladrillo, y así siguiendo hasta el pedestal, aumentando sucesiv~m ente el espesor de o' 12 para cada zona ( o' 11, ancho del ladrillo, más 0 '01, espesor de la junta). Por los . puntos b, e, d se tiran paralelas á la arista exterior de la chimenea, y así .se obtiene el perfil interi9r de la caña, el cual se continúa hasta el punto j de la altura del pedestal. · Aquí se ha considerado el ladrillo de 0 · ~2 X o' rr; pero' se pueden emplear las demás dimensiones corrientes. Al trazar el perfil interior d.ebe procurars~ que ninguna de !cls secciones de la parte superior de cada zona sea menor que la de la boca dé la chimenea, puesto que se produciría una estreéhez que dificultada el tiraje. Para que el radio interior e o. (fig. 214) sea, á lo menos, igual ar radio b O, de la zona superior, es indispensable, y basta, que la vertical b N paralela al eje O, O, caiga en ei pun. to e ó á la derecha de este punto;· es decir, que e' N sea, á lo menos, igual á ce·. Sea, h la altura b N de la zona B C; m la desviacion exterior; del ancho e e' del rediente: así se tenm h; y, para que no haya estrechez drá e' N ó reduccion de seccion, debe verificarse

mh=d >, lo cual dá para .la altura mínima de la zona: h

> _!:__ = m·

Parad · 0'12 y m 0'03 es preciso que h sea máyor que 4 metros: si m 0'025, h debe ser mayor que 4'8om. La profundidad de la cimentadon dé las

r49 chimeneas depende de la · mayor ó menor consistencia de los terrenos, y su construécion obedece á las condiciones generales de toda coi1struccion de albañileria. Es muy conveniente que el terreno sea sólido y repartir las presiones de mo.d o que no se produzcan desprendimientos ni h1,mdimiéntos. Los conductos de humo se construyen ge- _ neralmente debajo del suelo. El hueco ó foso interior de la chimenea debe ser más bajo que el fondo de estos conductos, para que las cenizas arrastradas se · vayan acumulando ·allí y no dificulten el tiraje. ;/ Volúmen y peso de la obra·.-El cubo de a•lbañiléria se calcula resolviendo la suma de los cubos de las zonas· sucesivas que la componen. Atendiendo á una zona cualquiera, este cubo es la diferencia de los dos troncos de cono de igual altura y arista.s paralelas. Sean R, = O, B y R, o. C los radios· exteriores de las dos bases de la zona; e el espesor uniforme y h la altura O, O, (fig. 215). El volúmen del tronco de cono exterior es

+ 7t

h (~:•

+ R, • .+ R, R,).

El tronco de cono interior dá

h [(R.-l)'+(~ 1 -e)'+(R,-e)~R 1

-e)],

Resol.v iendo la diferencia, el cubo q de albañileria de una zona será

h e (R,

+ R, -

e),

Obsérvese que R, R. - e es el diámetro medio tomado á mitad de la altura y á -la mitad del espesor de la zona. El cubo total de la chimenea es, por .consiguiente, (1)

=~ q =·

~he (R,

+ R, -

que es la suma de las zonas sucesivas. Para obtener el peso de la obra empleada en el cálculo de la estabilidad, basta multiplicar por el peso del metro cúbico _de ladrillos. En general, llamando o al peso, en kilógra-

l FÍSJCA INDUSTRIAL mos, del metro cúbico de obra, el peso de una de una junta circular, lo más lejos posible del centro y de los gases cali,entes para que los zona cualquiera será: ., movimientos de dilatacion no sean tan sensibles. Estos círculos deben construirse ·dé (2) N 1t B ~ h e (R.+ R, - e)= 1: N, modo que su dilatacion sea libre para que no t Tli Bhe (R, R, - e): . perj_udiquen la construccion. Si la chimenea está bien construida y es bien p-roporcionada 1: N, es ~l peso de las zonas sobre la base . CONSTRUC€ION DE LAS CHIMENEAS (fig. 216). no necesita armaduras de ninguna clase. CHIM~NEAS DE PLANCHA.-.Estas chi¡:nen.eas -La construccio.n de las chimeneas de las fáson mucho más económicas que las de ladribricas no necesita ándamiajes exteriores, por llos, por cuyo motivo sé las prefiere en mu-c uanto los operarios se colocan en un tablonado interior, formado por dos maderos que chos cas.os, particularmente en instalaciones apoyan en unos huecos practicados en la obra, transitorias ó de duracion limitada1• El mayor y sobre los cuales clescansan tablones clavados inconveniente que tienen es su. rápida despara que no puedan bascular. A medida qu'e truccion,- por más que se las cubra con pinadelanta la construccion se va subiendo igual- tura, pues,- ésta s_e vá perdiendo con el calor y el metal se oxida rápidamente bajo las inmente el tabl0nado; · Para subir los materiales se -coloca en lo fluencias a.tmo~féricas y las · conden;aciones alto 1.:1n travesaño que sostiene ~na polea co- interiores del vapor de agua, especialmente locada en el centro. La cuerda que pasa . por en la parte superior, que, por ser más fria, es esta polea termina en dos ganchos para poder más atacada; ·sin contar con cierta clase de subir ladrillos y mortero al mismo tiempo. Si humo c_uya accion ácida destruye también el la cantidad de material que se ·sube es muy metal. La fig'. 219 representa una chimenea de considerable, se emplea una cabria. En el interior de la chimenea se van empotrando ho- plancha, montada sobre un zócalo ·de ladrillo rizontalmente durante la construcoion, unos por medio de un anillo de fundicion, con_solihierros en forma de U, á razon de 3 por me- dado en la fábrica con pernos quelo atravietro de altura, que sirven para que los opera- san de arriba abajo. La chimenea se compone de tubos encajarios puedan subirá lo alto y para las reparados y remachados unos con otros. A unos ciones que ocurran durante el funcionamiento dos tercios de la altura se colÓca un anillo, al (fig. 217). El vértice de las chimeneas debe cubrirse, cual -se fijan tres maromas de alambre que se tanto para la permanencia de los ladrillos afianzan á las construcciones· contiguas ó á como p~ia impedir que la lluvia penetre en unas pieza? introducidas en el suelo, con lo el interior. Para ello se emplean tapas de fun- cual la chimenea podrá resistir la accion 'de los viento·s. dicion ó de plomo. El espesor de la plancha va en disminuLa tapa de fundicion se compone (fig. 218) • cion, de la base al vértice: para alturas de unos de cierto número de placas provistas de- nervios., unidas entre sí por medio de pernos de 15 metros los espesores son de 5 á 6 m_ilímerosca, que, cobijan y retienen la hilada su- tros en la base por 4 en el vértice. La chimenea del Creusot es de p1ancha; perior. La cubierta que en general se prefiere es la tiene 85 metros de altura y 2'31m de diámetro de plomo, compuesta simplemente de una hoja en el vértice. Es ligeramente cónica, con un anular, de 2 á 3,milímetros de gru~so, que se zócalo de 6'84m de diámetro. Los tubos, de desarrolla en la hilada superior y se dobla á 1'25'.", de altura, tienen 0'014 de espesor en la martillo, al interior y al exterior, para que co- base y 0'007m en el vértice. EL peso total de bije, no una, sino varias hiladas y las conso- las planchas es de 80,000 kilógramos. Su resistencia á los vientos es tal, que no necesita lide. Tambien para consolidar las chimeneas se maromas. ESTABILIDAD DE UNA CHIMENEA DE · LADRILLO. emplean armaduras, consistentes en drculos -Para que la estabilidad de una chimenea de hierro ó aros, que, se colocan en la altura

CHIMENEAS

sea perfecta, debe cumplir con las dos condi- seccion octogonal y 0'7 5 para una de seccion ciones siguientes: exagonal. Otros autores indican que, para una chimeQue la albañileria tenga la masa sufi1. ª ciente para resistir la accion de los vientos nea de seccion circular, la accioa del viento es los dos tercios de la que recibe una seccion que tienden á derribarla. . cuadrada. , 2. ª · Que cada hilada tenga la base sufiCon relacion á una chimenea cilíndrica ó ciente para que los ·ladrillos y mortero no se ligeramente ~ónica, de seccion circular, como · destruyan conla·accion del viento, combinada las .que generalmente se construyen, suponcon el peso de las hiladas superiores. Además, el roce delie ser tal que impida· la dremos que la presion máxima del viento, por presion oblícua resultante del resbalamiento metro.cuadrado de proyeccion, es ~e 135 kilóde la construccion scib.re una hilada; pero, en gramos. Siendo la distancia G Y l del centro de la práctica esta condicion ia se realiza de gravedad del trapecio á la base: por sí. Estas 1condiciones de ben cumplirse no tan R t 2R0 (4) sólo con relacion á la altura total, si que taml = 3 (R + Rº) :Y: bien para una parte cualquiera de la chime, el momento del derribo, por la accion del p. nea: como veremos, sirven de base para calcular el .e spesor y la altura que convenga dar á viento, estará representado por las zonas sucesivas. · (5) ¡,.__:_F l (R 2 R 0 ) . Consideremos una parte A A' D D' de chi- . menea, de altura O Y= y, tomada á partir del Sea N el peso de la obra relativo á la parvértice (fig. 220). Sean R O A yr O a los radios exte- te de chimenea que se considera, de altura rior é interior en el vértice; R Y D y r= Y d O Y = y. Este peso obra verticalmente en dilos radios exterior é interior en la base; m el reccion del eje y lo podemos representar con ' talud ó · desviacián exterior: de ·suerte que GN. y N Las dos fuerzas F tienen por resultante R = R0 my. El viento obra sobre una superficie de tronco de cono, proyectada verti- la línea GR, que corta la base D D' en el x; calmente segun el trapecio~ A' D D', de al- punto X á una distancia del eje Y X tura y: llamando p la presion horizontal, en siendo la primera condicion de estabilidad kilógramos, producida por el viento en cada que ~l punto X esté suficientemente apartado metro cuadrado de proyeccion, la fuerza F del de la arista exterior D'. Para encontrar la distancia x = Y X, la viento es: igualdad de los momentos dá : (3) F :_ P (R 0 R) y,

p: •- +

cuya fuerza obra en G, en el centro de gravedad del trapecio, y se puede representar por una línea horizontal G F en grandor y en di-. reccion. La presion p del viento, por unidad de superficie, no se conoce con exactitud: generalmente se supone que en una superficie plana la presion máxima puede alcanzar 27'0 kilógramos por metro cuadrado. Para una superficie ·poligonal ó cilíndrica, la presion del viento es ·m as débil que si se trata de una superficie plána. Segun Rankine, repr~se~tando por r la accion del viento para una chin.1eu e,a de seccion. cuadi, 1da, es 0'50 para uua de seccion circular, oc ~5 para una de

N x= F l,

(6)

sustiyendo los valores de F y de l resulta

·La estabilidad será tanto mayor cuanto menor sea la dist~ncia de x al eje; así, --.B:__ es una X

especie de coeficiente de estabilidad que no debe bajar nunca de cierto límite: aumentando el peso N se disminuye x en la proporcion que se crea necesaria. Vamos á ver ahora

. 152.

FÍSICA INDUSTRIAL

que el valor límite del coeficiente _ ~ es, á poca diferencia, igual á 2 . . Para cumplir con la segunda condicion de estabilidad es indispensable que los ladrillos no puedan romperse con la presion .combinada del viento y del peso de las hiladas superiores .. Considerando la chimenea como un sólido q.e secciones transversale·s ·simétricas, cori relacion á un plano vertical que pase por el eje, y aplicando la fórmula de la flexion plana, se tiene

(8): en la cual, .~represent~ la fuerza elástica, por unidad de superficie, en un punto de la seccion colocado á la distancia v del eje; fL el momento de derribo por la accion del viento; l el momento de inercia. -· .

'lt

Q=-(R 1

o= 1t(R

r~•) = -. Q(R • -r')

de S· es negativo, y entonces la junta tiene tendencia á abrirse, lo cual,· dentro , de cierto límite, es tolerable, puesto que las o_b ras mejor construidas pueden soportar cierto esfuei- · zo de extension: si/ representa este esfuerzo, tendremos:·

La distancia x puede aumenta:i:se en la relao . cion I +rN. . Llamemos n la fraccion .de Ja carga de ruptura que pueden soportar los morteros como carga de extension, y se tendrá

S'=-ns,, · de cuya igualdad se deduce:

4Rx R'+r•

-r•)

es la section plana anul~r. N es el peso de la parte plana considerada. . Para el punto D' ó v -----: + R, el esfuerzo de compresion S, es máximo; y, observando qu€p. "Fl=Nx,setiene -

-N ( S '·. . Q

_ _ - N '( 4 Rx ) S., --1--:-u' ° I-R•+r•'

. (II)

) • +r • ' + R4Rx

x=--I-n I . . S1 se suponen = - , se tiene

(13)

! . R~+;• ~ ~ (R+

2 )·

cuy.o esfuerzo S, no debe pasar del que los · Así, la djstancia ~ - es siempre mayor que ladrillos y el mortero puedan soportar con se- 3R , . - -, e 1gua ló mayor que R , segun sea 3 r• 2 8 guridad . . Para el punto D ó v R, el e?fuerzo S' iguat ó mayor que R': para las chimeneas de . las fábricas se puede tomar aproximadamente es mínimo: . como coeficiente de estabilidad , _N ( 4Rx )

(,10)

r:-

R•+r• '

(14)

pudiendo ser nulo y tambien neg~tivo. • 4Rx ' , . Para que S =o, esprec1soqueR•+r•=1,

El valor '

R X

R> 2. .

, X

, . ' da para la fuerza / de ex- .

N tension de dondex= R ,yentonc~s S, =2 0 4 R'-r• N N La presioñ máxima por unidad de superfiR • r ' · Q - 1t (R • r ')' f cie, en la arista exterior, es, en este caso, el doble de la presion producida por el peso de debiéndose comprobar este valor para que en todas las hiladas, no pase de la fuerza de exla obra. Para cualquier ·valo.r ,mayor de x _el valor . tension que pueden soportar los morteros. . .

. R•+r•

CHIMENEAS

Basándose en las conside:i:_aciones que se acaban de exponer, se pU:eden.9,eterminar con bastante exactitud el espesor y la altura que convenga dará cada una de las zonas sucesivas ·que constituyen toda chimenea. Supongamos que · las zonas en que está dividida la chimenea tengan la misma altura, y tiremos una recta m n que pase por el centro de los resaltos ó escalones sucesivos b' b, c'c, h'h (fig. 221); el vuelo de los resaltos es igual en todas, é_igual á d; así, la distancia m a -en el vértice será !!:.__, y en la 2

base igualmente g n.

= __!:_, 2

de suerte que, si

Por otra parte, hemos. visto que para una altura B, segun la -ecuacion (7), debe t_enerse ~

-r+2

º - -º

funcion del coeficiente de estabilidad R : X

1 -

R H(

2R p - --+ 1, (20) a = AX- _TI 8 • R )

3 1tH (R' +Ro•+ R, Ro)

(1+ 2R º ) = R

Dé esta ecuacion se deduce el valor de a en

R -.,,R +1. . ) pH ( ~ A.-a=R 'TCO X

d p=r---.

. El trapecio A m n G, de altura H 0006 p y R _;_ p, tiene una y rnyas bases son R superficie igual á la de la seccion vertical de la obra, con sus resalto!?; y el volúrnen 1ngendrado por este perfil, giratorio al rededor Glel eje 0 0 0 6 , es sensible~ente igual al de la chimenea. Este volúmert es la diferencia de dos troncos de cono que, tienen por ·altura y eje comunes la ,altur.a y ~ eje de la chimenea, y respectivamente por aristas A G y m n: los volftmenes de estos troncos de cono son 0

pH2 -~

igualando los dos valores N se tiene

0 m = p y O, n = p, se tendrá: 0

y el de

de la ecuacion (17), P= -Po + 2

3 a- -P'o• 4

lo cual determina el punto n de la base. Si se tira la l~nea m n, faltará tan sólo trazar el perfil con resaltos repartidos igualD?,ente á derecha é izquierda de esta línea . . La inclinacion de la línea m n, por metro de altura, es decir, el talud interior medio m,, es p- Po

m,=-=¡:r-, y la altura h de cada zona -

TIH (p' + Po'+ P Po)-

V·

d h----

m:..._m,'

Si establecemos A = R•+R• 0 +RR 0 (16)

en cuya fórmula, in- es el talud exterior y el a~cbo del resalto a~ cada zona. , Talud extert"or mínt"mo.-El talud exterior de una chimenea se puede elegir arbitrariael volumen Q y el .peso N de la obra serán men e, pero hasta ciertos límites: la construc-. I . . cion será tanto más estable cuanto más proQ= -'TCH(A-a), núnciado sea aquel; pero, lo que la chimenea , 3 gana en solidez lo pierde en elegancia, pues, . resulta una construccion muy pesada. Lo I - N =-1tHB(A-a), (r8) esencial estriba en conocer el talud mínimo . 3 . , que puede darse á una chimenea. Este mínimo corresponde al valor p Po: el en donde 8 representa el peso del metro cúhu~co interior de la chimenea es en este caso, bico.

T. n.-20

FÍSICA. IND.

-¡ 54

.....

FÍSICA INDUSTRIAL

cilíndrico; con uh taiud menor, se ob.tendha p < p es decir, que la seccion de la base de la chimenea seria menor que la_del vértice . ,

a= m/

A-

(22)

Cuando p p lá ecuacion (I7) da· a= J"p', y entonces, representando m el talud exterior mínimo, se tiene R R 0 + m H, y ..-

+3 m

0 ,

+3 R/ -

3 p'

. '-

(23)

mº

=H . 1

(

- -

v·

El valor de A - a lo da la relacion (19); que se convierte eq

. _ R pH ( 2 R , (24) .A ~a - ~~ Rº+mº H 0

•

Como esta expresion depende de m la ecuacion (23) no .-puede 'dar inmediatamente ~l valor exacto del talud mínimo y debe proceder.se por aproximaciones suc_e sivas. Apriori se da un valor aproximado á m., que, generalmente, está comprendido entre 0'025 y 0'030.: así, empleando la ecuacion (24) se halla A-a, que, se tran-sp~rta á ' la eéuaéion (23), obteniéndose un valor más aproximado de m0 . . · De' esto se deduce un segu11<lo valor de A 0 ,

_p0

Tomando

1,.\

-:- ·

de m 0 , y se va siguendo de este modo (l y _ hasta obtener dos valores sucesivos de m su-• ficientemente aproximados. El cálculo es muy sencillo y rápido, como ·vamos á ver con un ejemplo. Se observará que, en igualdad de circunstancias·; el talud mínimo m cfado ·por la fórmula, depende de la aJtura H; y que, además, este .talud puede ser máyor para úna parte d.e la altura que para la altura tota1. Para operar con ·seguridad ·debe 'b uscarse el valor de H que dé el talud máximo. Ejemplo.-Determinar el perfil de un-a chimenea de 30 metros de altura, 1 metr"o de diámetro interior en el vértice y 0'24 de espesor. Ante todo, debe buscarse el talud mínimo exterior m .·Así, tenemos 0

H . . :. . 30 metros.

-=2 X

18-00~

Supongamos m

(

+ 3 (p' -

.R • )

= 0'50 + o'o~ :-0'56m

se obtiene por la fórmula (24) A-a-0'0464x30 ·. -;-: .

A- a

0'\ 74

1'48 30 mo

+. l. ) .

. _ A-:- a---:- 2'817

1J1. 0

= 0'238

·Estbs ·dos valores cile m ~son casi igua}es; 0

= 0'025

A-:.ª= 2'774, de donde

••

'' l trasladando éste valor se obtiene

el talud mínimo será, á poca diferencia, igual áo'237. Pata mayor estabilidad, ·hagamos m 0 == 0'026, y se tiene

CHIMENEAS

R = 0'74

+ 0'026 X 30 =

A= 0'5476

+ 2'3104 + 1' 1248 =

'48 A - a= l ,392 ( -l , l. 52

+ l .) =

3'9828 2

,8 282 :

por consiguiente · a= 3'9828 ~ 2'8282= 1' 1546 .

P= - -o'56 2

+ V t ,1546 - Ó ,2352 . O '6 79m..

Conociendo p y p0 se puede trazar la línea m n que representa el talud interior medio, cuyo valor es , _ P - Po _ 0'6.79 - o' 56 =0004. m,-~30

Para los resaltos, d=o'12, la altura de cada zona es, h · __a_·_= o'r2

m - m,

0'022

= 5,454

Como la altura 30 metros no es múltiplo de 5'454rn, por entrar cinco - veces y sobrar una fraccion, se construirán seis zonas, modificándose la altura de cada una de ellas para repartirlas convenientemente en la altura total, y procurando que no disminuya la estabilidad y q1,1e no se estreche la seccion en ningun punto. La chimenea será tanto más sólida cuanto rriayor sea la altura de las zonas inferiores; de suerte que,·se pueden dar 5'5om á la zona inferior y 24'5om.á las demás zonas, lo cual dará

Si, en vez de 0'026, el talud exterior fuese m =o'o3, se hallada R= r' 64

A=4' 4508 _ A-a=2 ' 6475

a = 1'8023

p=- 0,.28 +V1'8023-0'2352 = 0'91 P- Po =0'410

;

1 55

0•·410 m, = - - - = 0'·01366 30

0'12

= 7'30. , , 003-0013 66

Como es,ta altura está comprendida más de cuatro veces en la altura total 30 metros, sé construirán 5 zonas ._ Dando 7' 40 á la zona _inferior, cada una de las restantes tendrá 5'90. El cubo de obra será mayor que con el talud de 0'026, en la relacion de los valores de A - a, ósea, de 2'6474 á 2'8282, ó, 0'937, y el aspecto de la chimenea será más pesado. Falta saber ahora si, con estos valores, quedan debidamente satisfechas las condiciones generales establecidas. En primer lugar, se observa que no habrá ning~na estrechez en la altura de la chimene.a , puesto que, la altura mínima de las zonas, en est~ caso, empleando un talud exte:.

nor de o 026, es igual ah=

0'12

O 02 6

4'615m;

luegQ, con zonas de 4'9om de altura mínima la seccion de paso es más que suficiente. En_segundo lugar, para que se cumpla la condicion de estabilidad

_B._> X

con relacion

á una parte cualquiera de la chimenea, se calcularán s1,1cesivamente, con las fórmulas (2, R 3, 5 y 7), los·valores de N, F, fJ-, x, y X .d ela base de cada una de las zonas, y se verá que la relacion B:_ ~sen todos los puntos igual á 2, '

álomenos. Por último, se comprueba si las presiones, en la base de cada wna, debidas á la accion. combinada del viento y del peso d(;l la obra, no son mayores que las que pueden soportar los ladrillos que se emplean ; para lo cual, se calculan las presionés en las aristas extremas por medio de las fórmula".s (9) (ro), y se observa que realmente no pasan del límite de seg uridad, tanto en la _compresion como en la extension. Los resultados de estos cálculos se hallarán en el sig uiente cuadro:

FÍSICA INDUSTRIAL

·Cuadro de los varios elementos de la estabilidad de una chimenea. _H=30!"

Altura

~e ¡¡

l¡.adio

la parte

exterior

sordt;:

en la

Presion

cada

menea

zona.

conside· rada.

e •:,

viento.

base.

obra.

Distancia del centro

del

de chi-

" .,e

-o

L-

Espc·

Altura total de

Momc11to de

Je· graderrumba. vedad ála miento. base.

Peso

Distan·

Peso

cada

total. eje.

zona.

o.¡,.,

C'4

i~ o..~ B ~ t!

-X

P~ESION SOBRR

LA ARlST A HXTRRMA

------------

Máximo . Mínimo .

s. - - -- -- - - -X

0'279

3'14 0'6276

808 14,900

124

4'663

. 10,696 14,970

2 4, 0 55

0 '445

2'22 0 '6348

1,308 29,800 -

363

6'580

25,404 21,950

45,805

0 '554

2'02 0'6422

1,723 42,772 - - 831

75,294

0 626

2 00 0 •6496 ·2,014 50,090 -1; 07

4'9o

0'867

0'24

1,062

2'380

4'90

9'80

0 '995

0'36

2,295

4'90

13'70

1'12-2

0 1 48

3,487 5, 2 ':i4

en la

~ o .g

9,085

4'9°

0'60

e, "'C

9,085

1•250

Radio interior

base.

-- - - - - -- - - - -

19'60

cia al

e·.,..o. ~~~ ·- C'4 "'C

9'o73

2,536

47,187 29,488

4'90

24'50

1'377_ o 72

7,002 11•1~3

77,373 39,240

I 1 4,534

0 676

2•0~ 0'657

2,508 63,603

5'50

30'0

11 520

0'84

9, 153 13•2·70

i21,460 53,687

168,221

0'723

2'10 0 1 680

2,883 73,392 -1,571

1 ,394

mente cónicos en toda la altura; y, como generalme.nte se ap_oya la chimenea en un peR . destal de aristas verticales, si se dá á éste como El valor de - no es _en ningun caso infe- altura la raíz cuadrada de la altura total de la 1 "4 chimenea se tiene V 30 = 5'477m ó 5'5om, que rior á 2. El máximo de S, por metro cuadrado, es es exactamente la altura que hemos dado á la 73,392 k, ó sean, 7'339k por centímetro cua- zona inferior. La modificacion del trazado iprcimitivo condrado; y, con:.io l0s ladrillos de buena calidad siste, en este caso, en trazar en la base, á una pueden soportar 15 kilógramos, ~e vé claraaltura de 5'5om, las líneas verticales j k, J K mente que la seguridad es completa. · , La presion negativa S,, es decir, la exten- (fig. 213) en sustitucion de las inclinadas _ sion, es máxima en la base y no pasa de ·o' 157 k g j, G F. Para completar el perfil falta tan sólo estupor centímetro cuadrado. Lo? perfiles interior y exterior, determina.,. diár las molduras del vértice, del pedestal y dos con los anteriore~ cálculos, son entera- de la base .

Examinando bien _~ste cuadro se vé que se cumplen todas las s:~mdiciones de estabilidad.

(

' /

'·'

·CAPÍTULO IV

Ventiladores.

diferencias de presion producidas por el tiraje de las chimeneas rara vez pasan de 3 o milímetros de agua: tanto es así, que, un tubo de 40 metros de altura, que contenga gases ,á 300°, máximo que puede considerarse para una chimenea de fábrica, sólo determina en la base una depresion de 27 milímetros de agua, de los cuales una parte es absorbida por el roce con las.paredes del tubo. Unicamente en ciertos casos particulares, en las minas, por ejemplo, ó en los pozos, se alcanzan depresiones más enérgicas. En general, para obtener depresiones mayores de 30 milímetros deben emplearse aparatos especiales, como los ventiladores, los chorros de vapor ó de aire comprimido; con los cuales se alcanzan excesos de presion de 300 á 400 milímetros de agua, y inás aun. Los ventiladores son máquinas formadas por paletas montadas en un eje ó árbol, al cual se imprime un moviipiento de rotacicm. El cambio de posicion de las paletas produce una depresion alrededor del eje que determina la aspiracion y la circulacion del aire. Estos aparatos obran de varios modos, distinguiéndose_: · · As

Los ventiladores de fuerza centrífuga; los ventiladores ,de hélice; los ventiladores de capacidad variable. Ventiladores de fuerza centrífuga.

Un ventilador de fuerza centrífuga se com. pone de un árbol de rotacion, en el cual están fijas cierto número de alas ó paletas, de superficie plana ó cilíndrica, cuyas generatrices son paralelas 'al eje. Al dar un movimiento de rotacional apárato se aspira el aire por aberturas practicadas alrededor del árbol, cuyo airn es absorbido por las paletas, que, le comunican su movimiento, y, bajo la accion . de la fuerza _ centrífuga, le repelen á la circunferencia. Los ventiladores se dividen en ventiladores aspirantes, en impelentes y en aspirantes . é impelentes ó mixtos. · Los primeros aspiran el aire por un cond~c: to, más ó menos largo, y le proyectan directamente á la atmósfera; los ventiladores impdentes, por lo contrario, toman directamente el aire de la atmósfera y lo repelen á un conducto. Los terceros, ·ó mixtos, tienen un conducto aspirante y otro impelente, y constituyen el caso general; por lo tanto, á ellos n.o s atendremos en la teoría que vamos á des, ~rrollar.

FÍSICA INDUSTRIAL

Sea cual fuere el funcionamiento, todo ventilador debe determinar un aumento de presion de los gases sobre que acciona. Las presiones las calcularemos _e n metros de altura de agua, _ó, lo que es fo mismo, en toneladas de 1 ,ooo kilógramos por metro cuadrado. En ambos casos, la presion es~rá representada siempre con el mismo número. Si p es la presion evaluada de este modo, la altura de gas correspondiente es

~ , en

donde des la densidad del gas con relacion al agua. Las velocidades se estimarán en metros por 1". En general, llamando e la altura de agua correspondiente á una velocidad v, se tiene ,

v•

(1) •

e=d-.

tuas, y si el volúmen derramado es el mismo para iJ'ada seccion de paso, para cada una de estas secciones se obtient: una cantidad constante, haciendo la suma: 1. º De la altura debida á la presion. 2. De la altura debida á la velocidad. 3. º De la altura del centro de gravedad de la secct'on sobre un plano de comparact'on. Para una seccion cualquiera, si llamamos p la presion, v la velocidad y 1 la altura del ce1?--· tro de gravedad sobre un plano de comparacion, este teorema se representará con la expresion: 0

-d

0 ' 0012257

v•

= l 6000

Si e=

0 '001

_ 9 ' 8088 0 '0012257

d y m,

-V

= 40 VIO e. =

metros.

8000

= constante;

lo cual quiere decir que la energia del fluido permanece constante, Si la W1riacion de altura 1 es despreciable, que es lo que comunmente sucede, la ecuacion queda reducida á

p +e= constante.

La altüra de gas es ; ; p y e son cantidades de igual naturaleza. Para el aire á 15°,

V •

+ -+t 2g

En general, el fluido experimenta durante su movimiento resistencias por el roce ú otras causas, que, producen una pérdida de presion. Atendiendo á dos secciones. cualesquiera de un conducto atravesado sucesivamente por la misma masa de fluido, si llamamos p0 y p, las presiones, v 0 y v, las velocidades, 10 y 1, las alturas de los centros de gravedad sobre un plano de cornparacion, y, por último, / la pérdida de presion en altura de agua, producida por las resistencias entre las dos secciones, se tiene:

Un exceso de presion de un milímetro, en altura de agua, basta para producir una velocidad de 4 metros por 1 ". El aumento de presion producido por un Po V/ v,• +f '· ventilador es, en general, insignificante; d~ ( 2) 10 - Tp, 2g 2g -i, algunos centímetros de agua solamente: por lo tanto, la densidad del aire cambia muy es decir, que, en la segunda seccion, la enerpoco en las varias partes del aparato. Los vo- gía está disminuida de la que absorben las lúmenes varían en razon inversa de las den- resistencias en el intérvalo de las dos secsidades, y se les puede considerar práctica- ciones. mente como constantes en las varias secDisposicion general de un ventilador de ciones. fuer 1a centrífuga.-La fig. 222, representa De esto resulta que, en éstas condiciones, se _ la disposicion general de un ventilador de pueden aplicar á los gases las leyes de derra- fuerza centrífuga, aspirante é impelente. El me de los líquidos; en particular el .t eorema aire aspirado de un espacio en el cual la prede Bernouilli, que, puede enunciarse de este sion es P, por un conducto MM' A A', se dimodo: vide en dos corrientes a, a', penetra en el En el derrame permanente de un fluido, aparato por dos aberturas B, B' colocadas á si se prescinde del roce y de las acciones mú- · cada lado de la envolvente, concéntricamente

+ -

. VENTILADORES

al eje;-allí afecta u·na direccion á ángulo recto, es absorbido por las paletas que le comunican su mov imiento . de rotacion, y debido á la fuerz a centrífuga, es repelido hácia la envolve nte F GH C C', que termina en un orificio de salida C C', y de allí sigue por un tubo tronco-cónico C C' D D' y por un conducto D D' N N', hasta pasará otra envolvente en la cual la pres ion es P.. _ Las .presiones P O y . P O pueden ser cualesquiera; pero, lo general es que sean ambas iguales á Ja presion atmosférica: así,· el ventilador absorbe el aire de la atmósfera, obligándole á pasar por_ conductos y aparatos colocados antes y despues para proyectar~o más ó menos directamente á la atmósfera, que es por cierto lo que se verifica, en particular en los ventiladores de minas. A veces, el ventilador sólo tiene un orificio de entrada, colocado por supuesto á un sólo lado de la envolvente, en cuyo caso, no es · más que la mitad del que hemos representado (fig. 222). Los fenómenos de circulacion del aire son los mismos que en el caso anterior, cambiando tan sólo el volúmen de ~ aire derramado, que es la mitad. Efecto producido por un ventilador.-La mision de un ventilador consiste Q..n hacer pasar por los conductos un volúmen determinado Q de aire, produciendo entre la entrada y la salida del aparato, entre A A' y D D ' , cierta 'diferencia de presion H. Llamemos Q la seccion de· salida al extre~ mo del conducto, esto es, en N N'; v la velocidad media en esta ~eccion: el volúmen Q -·derramado por segundo es #

(3)

Q = Uv.

La presion total H que deb.e prod_ucirse, se compone de tres -partes : 1. ª La presiori. A= P, - P diferencia de presion entre las envolventes situadas á los extremos opuestos N N' y MM' de los conductos de aspiracion y ·de impulsion; esta diferencia puede ser positiva -ó negativa segun esté la envolvente que recibe la impulsion á presion niás enérgica ó más débil que la que recibe la aspiracion: en el primer caso, es una plesion de más que debe vencer el ventilador; en el segundo c~_so , -por lo contrario, la 0

presion efectiva que deba producirse puede disminuirse d_e otro tanto. La diferencia A P, - P es nula cuando se aspire é impela el aire á la atmósfera á la misma altura. 2: La segunda parte de la presion total es la presion E necesaria para producir la velocidad de salida v y, dentro de las condiciones de aspiracion y de impulsion, hacer circular el volúmen Q venciendo todas las resistencias: como la pérdida de carga producida por estas resistencias es proporcional al

cuadrado de la velocidad, es decir, á e=d ~, · . 2g se puede representar con Re, y se tiene E=(r+R)e.

R es el coeficiente de resistencia,•que se calcula segun.las dimensiones y las formas de los conductos de aspiracion y de impulsion. 3. º La tercera párte de la presion total es -la presion perdida F por los roces y los remolinos que se producen en el ventilador, . desde AA ' á DD ' ; al ig uai que ij, es proporcional al cuadrado de la velocidad, y se represen~a así :

F=R,e donde R. es el coeficiente de resistencia en el ventilador. Así, pues, la presion total estará representada por (4)

Como F es un_g presion perd_ida, la presion r_eal útil, es decir, la presion ef~ctiva, es tan sólo A+ E, que es la diferencia de presion obtenida ·con el manómetro entre· la salida DD' y la entrada AA' del ventilador. . Las presiones ex tremas P y P, son iguales, A o, pudiendo representarse por: O

(5)

H =(1 +R+R,) ·e,

en cuyo caso, la presion _total es proporcional al cuadrado· de la velocidad. FORMAS Y DISPOSICIONES DE LOS VENTILADO-

Las aletas de los ventiladores aspirantes pueden ser planas ó curvas. Si son planas, así como tambien las caras del tambor, como el aire sale por todos los puntos de la circunferencia, la seccion de RES DE FUERZA CENTRÍFUGA. -

FÍSICA INDUSTRIAL

la v ena de aire es menor al entrar en las alas, que á la salida . Mas, si á las caras del ventilador se les dá la forma de troncos de cono y á las aletas la forma trapezoidal, será fácil variar la relacion de las superficies de entrada y de salida del aire. Si las aletas son curvas, las superficies de salida son las secciones practicadas en los conductos colocados en sus extremos, perpendicularmente á su eje: es evidente que, si se dá á las caras del ventilador la forma de dos superficies de revolucion, y á las alas los anchos convenientes á las varias distancias d~l centro, al igtial que en los ventiladores de alas planas, se podrá establecer una relacion cualquiera entre las superficies de los orificios de entrada y_las de los orificios de salida del aire. Ventíladdr Decoster. -El -ventilador Decoster se compone (fig. 223) de un árbol de rotacion AA, apoyado en dos cojinetes, en el cual·está. montado verticalmente un disco circular PP que lleva cuatro aletas planas y rectangulares á cad,a iado. La direccion de las alas M situadas á un lado del disco, forma un ángulo de 45º con la de las alas N N situadas al otro lado del' mismo, con objeto de producir más regularidad en la expulsion del aire por el orificio de salida R ; las alas giran en un tambor SS , de seccion rectangular y ligeramente desviado del centro: . el movimiento se comunica por medio de la polea K. Este ventilador, y, en general, todos los de alas pla1_1as radiales y rectangulares, presentan el inconveniente de que la seccion de los conductos móviles es mucho mayor á lasalidá que á la entrada: como el aire no puede dilatarse bruscamente, la vena fluida no ocupa toda la seccion de salida: y detrás de cada ala se producen corrientes entrantes y remoÜnos (fig. 224) que absorben gran parte del trabajo. · Morin ha hecho experimentos con un ventilador análogo al , de Decoster, compuesto de cuatro aletas planas de 0'67m de diámetro exterior, 0'29m de diámetro interior, y o'.33m de ancho,. que giraban en un tambor concéntrico de· 0'75m de diámetro. Con velocidades de 342 á 872 vueltas por minuto, el volúmen de aire expelido fué de 0'58om 3 á 1'5om1 por segundo, á poca diferencia proporcionalmente al número de vueltas,

y el efecto dinamométrico fué de o'II á 0'15. La relacion entre el volúmen expelido y el engendrado por las alas fué, por término medio, de 1'06. · Ventt"Zador Bourdon.-Para que no se produzcan estas corrientes entrantes detrás de las aletas, Bourdon les dá una forma trapezoidal, encerrándolas entre·dos placas laterales inclinadas con relación al eje. La fig1:1ra 225, representa este ventilador. La rueda ·e~tá formada por un gran número de aletas, montadas en un disco fijo en el árbol -y dirigidas en sentido de los radios, excepto en el extremo, que está algo curvado hácia el frente: dividida así la rueda en dos partes simétricas, gira en un tambor concéntrico y, repelido el aire hácia la circunferencia, se extiende en el espacio comprendido entre la rueda y la envolvente ó tambor, del cual sale por un tubo oblícuo, abierto. Para dismi_n uir los escapes de aire por el · intérvalo reservado al movimiento al rededor de los orificios de entrada, entre la rueda que gira y el.tambor fijo, coloca Bourdon á cada lado un plato anular bien ajustado, el cual, por medio de un tornillo, puede aproximarse más ó menos á la rueda de aletas y reducir notablemente este espacio. De todos modos, esta pérdida es inevitable y será tanto mayor cuanto 1:1ayor sea la presion. _ Los experimentos practicados por Morin con un ventilador del sistema Lloyd, cuya rueda tiene igualmente la forma trapezoidal, han dado los resultados siguientes: El ventilador ten.ia 0'77m de diámetro exterior; con velocidades entre 171 y 985 vueltas por minuto, el volúmen de aire arrojado se elevó de 0'279m3 á 1'666m por segundo, siempre proporcionalmente al número de vueltas, y el rendimiento dinamométrico fué de o' 100 á 0'278. La relacion entre el volúmen expelido y el volúmen engendrado por las aletas· fué de 2'90. Ventila_d or Combes.-Los ventiladores de fuerza centrífuga se emplean mucho para la aspiracion; parlo mismo son muy útiles para la ventilacion de las minas de hulla. El ventilador Combes (fig. 226) es de una sola cara y se compone de un disco circular horizontal A, movido por la polea V fija al 2

VENTILADORES

i61 extremo del árbol vértical PP, y de un disco M'ovido el ventilador por medio,.,, de la poanular paralelo P'P', de igual diámetro exte- lea V, gira entre dos paredes de albañileria, en rior, cuya abertura central constituye el oido las que se han practicado, alrededor del eje de ó abertura de paso, de r'36m de diámetro, por rotacion , las aberturas por donde penetra el donde penetrn en el aparato el aire aspirado. aire, que, sale de la mina por las galerías C C. Ambos discos están unidos por tres aletas de Este ventilador no lleva envolvente, y el aire plancha delgada M, M, M, cuya curvatura es es repelido directamente á la atmósfera en tal, que, el último elemento es tangente á .toda la circunferencia. la circunferencia exterior. La corona anular Los experimentos han dado, para una velleva un reborde vertical que gira junto con el locidad circunferencial de 3 5 á 36 metros, una aparato, estando constantemente sumergid.o depresion de 0'05m, ó sea, una relacion maen una canal g de fundicion, llena de agua nométrica de 0'33 solamente; el rendimiento para que el cierre sea hermético é impida, por dinamométrico oscila entre 0'25 y 0'30, aprolo t,a nto, las entradas de aire exterior por el ximadamente. espacio que forzosamente existe entre la parte Ventt'lador Lambert.-Con este ventilador fija y la parte móvil. La curvatura de las alas se suprimen las corrientes entrantes que se en sentido inverso del movimiento y tangen- producen detrás de -las alas . Se compone de cialmente á la circunferencia, reduce al mí- un gran tambor cilíndrico, de plancha, divinimo, conforme con la teoria, la velocidad dido en ocho compartimentos por medio de absoluta de salida á la atmósfera K, K: con tabiques ó paletas radiales, y está montado en todo, este resultado no es completo . un ·árbol en uno de ·cuyos extremos lleva un Hé aquí los resultados de los experimentos manúbrio que comunica directamente con hech_os con un ventilador de esta clase, por 1á biela de una máquina de vapor. El tambor Glepin: tiene ·practicada en su centro y en una sola cara una abertura circular, constituyendo el oído; que comunica con la galería de la mina. Número Depresion Volúmen de aire Velocidad Rendimiento de vueltas en por segundo Para expeler el aire, la envolvente cilíndride la extremidad Dinamomépor milímetros en minuto . de agua. metros cúbicos. de las alas. trico. ca del tambor tiene ocho aberturas, una por cada compartimento, de forma rectangular 31mm 2mc'413 0'221 467 41m'565 y dispuestas á lo largo de las paletas. El lado 2 '53 2 30 49 1 o' 197 43 '69 de la abertura paralela al eje tiene la dimen2 '851 0' 206 38 54 2 48 ' 23 5 l3' 4 13 o' 190 sion del tambor; el ancho del otro lado es 36 '74 3 ' 694 21 51 I 0'200 4 ' 567 43 '475 muy reducido y se le gradúa para que la vena fluida de salida ocupe toda la seccion. Segun esto, la velocidad á la salida seria la Deviller practicó expérimentos con un mitad, y, á lo más los dos tercios, de la velo- ventilador de ocho metros de diámetro y de cidad circunferencial; y el trabajo perdido por r'4om de ancho, provisto de 9cho paletas y esta velocidad seria mayor que r '5 veces el ocho orificios de salida de 1'40m por o' 2 5m. Con trabajo útil. velocidades que variaban entre 61 '7 y 103 La relacion manométrica .varía de 0'072 á vueltas por minuto, observó depresiones de 0'156, y el rendimiento dinamométrico de 0'19 37m 55 á ro4'8mm, lo cual corresponde á relaá 0'22. Todo lo cual ·acusa resultados muy ciones manométricas de 0'45 á 0'50. El ren- ' poco satisfactorios. dimiento dinamométrico lo. evalúa en 0'32 Ventilador Letoret.-Este ventilador (figu- á 0'34. . ra 227) consta de cuatro alas foctangulares Ventiládor .Guibal. -Este ventidador (figuM, M, M, M, de plancha, articuladas en unos ra 288) se compone de ocho alas A, A, A, ..... , brazos· de hierro forjado, fijos á un árbol hode superficie inclinada á 45º con.relacional oririzontal A A' . Las articulaciones permiten ficio de entrada O, O, que se curvan normalvariar la inclinacion de las alas y dar, expe- mente hácia la circll'Rferencia exterior. Estas rimentalmente, el ángulo más favorable al alas giran en el interior de una envolvente rendimiento. concéntrica y dejan el espacio estrictamente 00

FÍSICA, IND.

T. 11,-!21

, 1

FÍSICA INDUSTRIAL

indispensable para la rotacion. Para la salida del aire hay una abertura en la circunferencia, cuya seccion se gradúa por medio de una co mpuerta V V movida por la cadena C C C, para obtener el máximo efecto. El aire sale á la atmósfera pasando por un difusor D D, de seccion progresivamente creciente, con lo cual se reduce la velocidad á la salida; con ello se obtiene un aumento muy notable en el rendimiento.

DIÁMETRO

exterior.

Número de vueltas por segundo .

•r,

80'0 74' 0 66'0 69'5

7 9 12

Depresion en milímetros de

Velocidad tangencial.

agua. 1000

52'0 63'0 81' 5 160'0

25'12 27' 12 ;r'o9 43'66

Experimentos de Za comision del Gard.En 1887 se hicieron experimentos, muy completos é interesantes, por una comision de ingenieros de minas de Francia, con cuatro ventiladores de fuerza centrífuga, cuyos resultados indica Murgue, uno de los comisionados al efecto. Los ventiladores que se experimentaron tenían las disposiciones siguientes: 1.º El ventilador de Lalle estaba formado por ocho alas de plancha, de 3 '8oai de diámetro, inclinadas de unos 45º hácia la parte posterior y constituyendo un conjunto solidario de dos caras tronco-cónicas tambien de plancha. Aspiraba el aire por dos agujeros circulares de 1'34rn de diámetro, y lo impulsaba hácia la circunferencia, formada por una envolvente descentrada por la parte inferior, la cual se alzaba ver_ticalmente entre cuatro paredes que rodeaban el aparato. La transmision se hacia con correa, en la relacion de r : 4. 2. El ventilador de la Sagnette constaba de cuatro alas rectangulares, de 2'8om de diámetro y r '2 0m de ancho, inclinadas de 57° hácia atrá_s; giraba á gran velocidad entre dos muros verticales y aspiraba el aire por dos agujeros laterales. La envolvente formaba 0

En el lado opuesto de la circunferencia hay otro difusor D' D 1 que comunica con la misma por medio de la galería G; así, se puede abrir, cuando sea conveniente, ya la válvula V V, ya la válvula V' V', y hacer funcionar el ventilaqor por aspiracion ó por impulsion. Hé aquí los resultados de los ex perimentos que Deviller practicó en ventiladores de varios diámetros, del .sistema Guibal:

Volúmen por segundo en metros c6bicos .

Relacion manométrica.

w'r;

17'05 2 8'648 II'58 . 42'50

o'6ó 0'687 0'6 75 0'67

Rendimiento dinamométrico.

QE T

p=-

0 '455 0'436 0'3816 ))

una ligera curva excéntrica. La transmision por correas estaba en la relacion de r : 2 ' 50. El ventilador de Créal tenia seis metros de diámetro exterior y 3'5om para el diámetro del agujero ú oído, Las alas eran seis, rectangulares, de plancha, inclinadas á 45° hácia atrás. La envolvente era ligeramente excéntrica y la seccion de escape muy reducida. La traccion era directa, con máquina de vapor. En la galeria ó conducto de aspiracion se pusieron obstáculos ó se abrian puertas que comunicasen con la atmósfera, para que variasen las resistencias y, por lo tanto, el orificio equivalente. Con cada ventilador se hicieron seis séries de experimentos, con cinco orificios equivalentes distintos, correspondiente el uno á la resistencia media de la mina, dos á resistencias más_ enérgicas y otros dos á resistencias menores. En cada caso se medían los volúmenes salidos, las depresiones producidas y el trabajo absorbido. Para poder comparar los resultados, los cálculos se hicieron con relacion á una misma velocidad del extremo de las alas, 20m por segundo. Los resultados se encontrarán en el siguiente cuadro:

VENTILADORES

ORIFICIO equivalente.

ºº

POR

L.c"-

VELOCIDAD DE

20 m

Á LA CIRC UN FERENC IA

.....

NÚMERO de vueltas por minuto.

RESULTADOS DE CÁLCULO

RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONES

VOLÚMEN

DEPRESION

de aire por segundo.

en milímetros.

VOLÚMEN

DEPRESION

por segundo.

en miUmetros.

JOOO

TRABAJO RELAC10N

dinamométríco .

-QE 75

(i)'r"

RENDIMIENTO

movido en caballos.

manométrica.

p t

Ventilador de Lalle. 0'3758 0'7701 1'0622 1'1 978 1'.3813

1.38'99 11 5' 12 1l I '09 110' 79 112'-98

7'008 II '504 14 ' 748 16' 408 18'960

50'04 .32'23 27'84 27'03 27' 12

5'068 10'045 1.3' 346 14'888 r6'869

26'17 24'57 22'80 22'25 21 '4 7

0 '5.3 7 0'504 0'468 0 '457 0'44 1

16'928 13'058 1.3'559 1.3'.349 14'59o

0'277 o'.378 0'403 0' 443 0'470

0'629 0'680 0'569 0~523 0'480

7'65 I 9'036 11 '3 IO 14'356 L<t'59 2

0'250 0'3r 0 '4 9 0'49 4 0'470

0'565 0 ·541 0'524 0'502 0'442

7'353 7'663 II ·332 rr ,669 9'8ro

0'422 0'4¿4 0' 4 8 0'506 0'517.

Ventilador de la Sagnétte. 0'4276 0'6629 1'0336 1'2862 l '7675

215'56 200'59 188'79 19.3 '44 171'65

9'246 14'32 7 18'088 2 1'3 30 22' 327

66'"79 66' 72 . 43 ' 75 39'45 22 '93

5'851 9'744 l 3' 070 1 5'o43 17 ' 744

26'p 30' 6 22'84 19'62 14'48

0 '553 0'638 0'472 0'405 0'299

Ventilador de la fosa Grangier, en Besseges. 0'3643 0'692,6 1'943o 2'3710 2'7262

73'9 2 70'76 63'27 67'02 66'14

5' 129 9'702 . 22'303 27'672 30'032

28 ' 05 . 2r72 1 '58 r9' 2 l 17 ' , 3

)'3°4 ro' 499 26 '9 29 3 1'543 34'690

29'96 32'46 27'09 24'96 22'85

Ventilador de Oréal. 0'6135 0'9276 1 ' 1334 1'379 2 1'94.37

64' l I 58'79 65'69 64' 12 58'05

8' 52 1 rr' 56~ l 5' 54 18' 13 8 21'670

27 '30 22'05 26'68 24'36 17 '56

8'46 1 12 '5.28 I 5'068 18'008 2f765

26'92 25'86 25'06 24'01 2 r' 12

Para que los resultados · sean aún más cla- construido segun la teoría desarrollada al ros y más comparables, los represeñta Mur- · principiar el estudio de esta clase de ventilague por medio de una curva, tomando sobre dores. Este es un ventilador impelente, para las abscisas los orificios equivalentes ·y sobre alimentar hogares de herrería. Se compone de un~ rueda for mqda por un las ordenadas los volúmenes gastados. La· fiplato circular fijo al árbol de rotacion, llegura 229, representa esta curva para cada uno vando 32 aletas curvas á cada · 1ado. El aire , de los ventiladores ensayados. E~ ventilador representado (fig. 230) está aspirado directamente en la atmósfora _por

/ FÍSICA INDUSTRIAL

dos agujeros practicados alrededor del eje, es repelido, á causa de la rotacion de las aletas, hácia una envolvente en forma de_espiral, que, lo conduce al tubo de salida , al cual se une el conducto d~ repulsion. Los ángulos de las aletas están determinados para que el aire llegue á la rueda móvil con una v~locidad regular y sin cambios brus·cos de direccion, á fin de que penetre sin choque entre las aletas y las venas sucesivas que vayan saliendo hácia la circunferencia, y se dilaten éstas libremente en la envolvente, paralelas unas á otras, conservando sus velocidades. En ·un ventilador de este sistema, de 0'5om

de diámetro, la_pre~ion producida E se midió con un manómetro de agua en nueve puntos distintos de la seccion n del túbo de salida, para obtener así una presion media: la velocidad se dedujo de la fórmula v=i/2~E, y el volúmen derramado por segundo, por la relacion Q = n v. El trabajo consumido se determinó por medio de dinamómetro recien tarado, de Morin. Los resultados obtenidos fueron los siguientes :

' Presion Número de

vueltas por minuto.

· Trabajo

observada

medido

en milímetros

de a gua . E

1080 » 1082 115& 832 1116 125i 1.34 1294 1292 1094 1002 8.30

97' 0 97' 25 96'50 roo'o8 55'o 100'1 126'2 136'0 1.3.3'2 1.33'8 93'6 80'2 56'3

Volúmen de aire debido

en el dinamómetro.

por segundo.

» .364'18 .386'08 »' 19º'74 4 17'73 .355' 25

2' 403 2'406 2'397 2'450 1'809 2'441 2'741 2'845 2'814 2'822 2'361 2'185 1'8.3 [

» »

59.3'9o 354'43 262'69 180'.34

Las conclusiones son: '1. ª EL rendimiento dinamométrico del ventilador se eleva de 0'52 1 á 0'66 7, ó sea, un téi;-mino medio de 0'6o4. 2." El derrame del ventilador es exactamente el que corresponde á las fórmulas de la teoria. 3." La presion en el tubo de salida es, por ,, término medio, casi doble á lo quecorresponde á la ' velocidad del extremo de las alas (1'855 exactos). 4.8 El derrame efectivo del ventilador, calculada á la presion ambiente, es décuplo del • volúmen engendrado por la rotacion de las paletas.

dínamomé -

Fuerza 'de las

Volúmen

trico.

presiones .

teórico.

volúmenes.

Q,= 2 1tr 1 w

r,-Q, - ..9..

2 '.399

1'00 » 1'00 0 '95 0'98 0'98 0'98 0 '95 0'98 0'98 o'9 7 0'98 o'99

Rendimiento

2gE

P=;:-y

wir 1 '

1'94

))

0'6 42 o'599 » 0'521 0'524 0'623 »

))

» 0'636 0'622 0'667 0'571

1'92 1]5 1' 6 1•87 1•87 1'75 1'85 1'87 1'82 1•86 1'90

Fuerza

» 2'403 2'572 1'848 2'479 2'786 2'990 2'875 2'871 2'427 2'226 1'84 4

La relacion de las presiones

de los

2g E

~r-,~. es el

w~•

g E doble de la relacion manométrica 1 •• . w r, La fig. 231 répresenta un ventilador del mismo sistema, dispuesto para la ventilacion de las minas. La rueda de aletas está construida del mismo modo que la del ventilador impelente, sólo que sus dimensiones son mucho mayores. El aire, aspirado por una galería que comunica con los pozos de oreo, se divide en dos corrientes que penetran en los oidos del ven·tilador por medio de caracoles colocados á cada lado. Este aire se mueve entre las aletas

VENTILADORES

y el tambor, y sale por un difusor colo.c ado ·despues del tubo de salida , para reducir la velocidad de escape á la atmósfera. El movimiento de la máquina se comunica con una transmision por correa.

Los resultados obtenidos con un ventilador de este sistem~, de 2 metros de diámetro ,.__ referidos á la velocidad normal de 240 vueltas por minuto, son los que se representan en el sig uiente cuadro : ·

RELACION Orificio equivale nte en me tros

Volúme n de aire por segundo

cmidrados .

en . metros cúbicos

º·

'0 0' 17 0' 29 o' 41 0'63 0 '74 b' 76 o' ~8 o' 3

o 3'009 5'5 39 7'670 12' 146 ' 14' 552 1 5' 3 56 16'389 17' 280

Orificio Depresiones observada s .

Ma nométrica .

de l volútoen equiva lente de rra mado y del volúmen e n metros engendra do.

w' r '1

Q Q'

46' 4 4f l 4 '7 49'9 54' 2 5.6'9 58'6 64' 1 . 63' 2

0'60 0'6 1 0'63 0'65 0' 70 o' 74 o' ~~ o' 3 0'8 2

o 1'0 1'8 -2'6 4' 1 4'9 5'2 5' 5 5'8

1000

El volúmen engendrado Q, por segundo por el ventilador, á 240 vueltas por minuto, es de

, . 240 . , Q t = 2 7t X O 79 X 6 X O I 5 = 2 977 m!• . . o . 0'79 es el radio medio de las aletas y o' 1-5 la s_uperficie de una aleta. Al encontrarse ·completamente cerrado el orificio de entrada , y nulo el orificio equivalente, la depresion producida por el ventilador es de 46'4 mm. A medida que se va dando entrada al aire, aumenta la depresion hasta alcanzar un máximo de 72 milímetros, que corresponden á un orificio equivalente de 0'97 rt.• . La relacion manométrica es entonces de 0'93, cuya cifra pasa de los rendimientos ordinarios. Continuando la abertura de los orificios de entrada, la depresion decrece progresivamente y llega á 29 '6 mm para un orificio equivalente, de 2' 73 m•. En cuanto al volúmen de aire aspirado, aumenta regularmente con las aberturas de entrada del aire, desde o hasta 2r '67Sma, correspondientes al orificio equivalente de 0 '97 : más allá de esto, sigue aumentando el volú-

cúbicos.

ºº 0'9 1 0 '•94 0'97 1'06 1' 42 1' 71 , 1'8 ~ 2' 3 ' 2' 73

Volúmcn de a ire por segundo

en metros cúbicos

Depresiones observadas.

RELACION

Manométrica.

JOOO

-;., ' r '1

19' 780 20' 118 21 '678 22' 5_20 26'9 21 31 '068 33' 590 3 5'49 6 39' 11 0

..69'0 65'9 72'0 65' 2 5 1'9 47'4 46' 9 32' 1 29'6

0<89 0'85 0' ~3 o' 5 0'67 0'6 1 0'6 1 0' 42 0'38

del volúm cn derramado y del volúmen eng endrado.

6'6 6' 7 7'3 7'.6 . 9'0 10' 4 11 ' 2 1 l '9 l 3' l

men, pero no con tanta rapidez, y alcanza 39' r ro m3 para un orificio equivalente de 2' 73 m•. La últi¡:na columna dá la relacion entre el volúmen derramado · Q y el volúmen engendrado Q,, que, alcanza normalmente 10 y puede llegar hasta 16, mientras que el ventil_a dor Guibal, aspirando en un conducto medio de r '20 m' á 1'40 m • de orificio equivalente, sólo dá salida á 'la aprox imadamente del v olúmen que engendra . _ Este resultado tiene importancia bajo el punto de vista de la masa que se pone en movimiento y de la velocidad que se le debe imprimir. · Atendiendo al rendimiento dinamométrico, Frarn;:.ois encuentra o'6 r y 0'58 para orificios equivalentes respecti.vos de 1'06 my r ' 58m . La fig . 232 representa las curvas resulta~ tes de los ex perimentos de Anzin. Con ventiladores de este sistema, de poco diámetro, se pueden hacer mov er v olúmenes de aire considerables : así, un ventilador de 4 metros que dé 120 vue ltas por minuto, dará un volúmen de 125 metros cúbicos por segundo, con una depresion de So milímetros.

166

FÍSICA INDUSTRIAL

Comparacion del efecto útil de las chimeneas y de los ventiladores. I

El trabajo hecesario para que circule por lqs conductos un volúmen Q de aire, dándole una diferencia de presion E- en altura de agua, es igual á QE, siendo escaso el exceso de presio_n , como -se verifica con los ventilado"res y las chimeneas. En una chimenea el trabajo efectivo de una caloría, prescindiendo del trabajo de subida de los gases al vértice, es

Si se trata de una chimenea d·e 30 metros, empleada en la ventilacion de las habitado..: nes, en la- cual el exceso de temparatura es de 20° solamente, lo cual es un míñimo, resulta N=8ooo

p=o' 50

-ee = 17 '84. El consumo de calórico es 17'84 veces mayor con la chimenea. · Unicarnente en las minas, en las cuales los pozos ya constituyen de por sí chimeneas de grande altura, ·es en donde se aproximan bastante los consumos, por los dós sistemas. Con H = 400 metros y t = 40°, se tiene

Tratándose dé un ventilador, llamemos a el peso de combustible quemado por hora, en , el hogar de una •caldera, para producir el tra8 e bajo efectivo de un caballo en el árbol del I ' 5. e v olante de una máquina de vapor: el número de calorias correspondiente es a N, en donde , EL consumo de calórico en la chimenea no N es la _po_tencia calorífica del combustible. El es más que 50 por roo superior al del ventitrabajo C' de una caioria, en kilográmetros, lador. Así, bajo el punto de vista de la utilizacion empleando un ventilador cuyo r~ndimiento del .calórico, los ventiladores presentan venes p, será, por consiguiente, tajas muy notables sobre las chi:meneas, y ~in 3600 p ernl;>argo, casi exclusivamente se "emplean fas e = 75 XaN ' chimeneas en los aparatos de-calefaccfon para la aspiracion del aire én los hogares, lo cual y se obtiene se explica considerando que el consumo de e' - _ 270000 p e (-r IX t) . calórico en una chimenea no es un gasto real, HIX ' aN si que tan sólo. la utilizacion de un calórico y, siendo C, el trabajo de una caloria, cuand_o · que se perderia, por ser prácticamente impqse tiene en cuenta el trabajo de subida del gas, sible enfriar completamente los gases ·de la corn bustion al contacto ·con el receptor. resulta Además, la clíirnenea es indispensable pára C (t - 8) ( I IX 8) e' 270000 p dar salida á los P.roductos de la ~ombustion á aN H (I a t) e' una altura conveniente, á fin de que no incoSi se compara el trabajo de una chimenea moden ni perjudiquen. Por último, otra de las ventajas de la chide 30 metros de altura, que contenga gases á 275º, con el de un ventilador cuy o rendi- menea consiste en que el gasto de vigilancia miento sea de 0 ' 50 y cuya máquina motriz es nulo, así corno tambien · el de servicio cS consuma 2 kilógramos de hulla por fuerza de entretenüniento; no así el de un ventilador y de la máquina que le comunica el movicaballo y por hora, se tiene miento. Estos son los motivos que han generalizadO el empleo de las chimeneas para el tiraje de e' - =38'6. los hogares. Mas, si se trata · de_ poner el aire e en movimiento para otras operacionés, en parEl consumo de calórico en la chimenea ticular para la ventilacion de las habitaciortes, ya no existen entonces muchas de estas caues 38'6 ·veces mayor.

VENTILADORES

sas y es preferible _el ventilador; aparte de que, cuando se necesite una presion algo fuerte resulta insuficiente la chimenea. Ventiladores de hélice.

Un ventilador de hélice es un aparato que, como un ventilador de fuerza centrífuga, se compone de cierto número de alas montadas en un eje que gira sobre sí mismo. La única diferencia consiste en que, en vez de ·ser las alas superficies cilíndricas con generatrices paralelas al· eje, son superficies helizoidales, inclinadas con relacion á éste, de modo que no tan sólo imprimen un movimiento de rotacion al árbol, si que tambien el de ·traslacion en sentido del eje. Colocado el aparato en un tubo rectilíneo, aspira el aire por un lado y lo repele por el otro. Al igual que en un ventilador de fuerza centrífuga, el aparato de hélice puede estar precedido de un conducto de aspiracion y tener un conducto de repulsion, ó .uno de ellos solamente. Los fenómenos que se producen en estas condiciones son absolutamente los mismos que en un ventilador de fuerza centrífuga. La diferencia de presion E producida entre la .entrada y la salida del ventilador, es, igualmeflte,

carga en el ventilador, debida á los roces y remolinos. Si las presione.s extremas son las mismas, o; y, como F es proporcional aL resulta A cuadrado de la velocidad, se pu€de establecer

E=m_H,

en donde mes el rendimiento manométrico. CÁLCULO DE UN VENTILADOR DE HÉLICE.-Co-

nocida la presion efect~va E y el volúmen Q de salida del aire, se tien~:

E=mH= ~d

w•

(r.'-ro') _=m:

= 11: w r/ tang. 6

ejemplo, ó bien la relacion ~ = n. r. · Busquemos primeramente la velocidad tangencial w r,. De la relacion w

= _~/ g dH

tang. 0 log. nep. 0

/ gH

. r o'= (r.' :...._ r•)

+ r_

-'--'----=--

se deduce

v t1 = r,• (1 -

n'),

de donde

= r, Vi

- n•,·

Q = 11:wr,•tang. 6 (1-n')

--1. 2

y como

r, es conocido, resulta

r,=J/' ~

que constituyen tres ecuaciones para cuatro incógnitas w, r,, r, y r. Puede darse una de estas incógnitas, w por

V •

A es la diferencia de las presiones entre la salida del conducto de repulsion y la entrada del de aspiracion; E= (1 + R) e es el exceso de presion necesaria para producir la v-elocidad y vencer las resistencias; F la pérdida de

r• .

siendo in ef rendimiento manométrico;

E=(1 +R) d - , 2g

en cuya relacion, R es un coeficiente de resistencia, que, sólo depende de la forma y de las dimensiones de los conductos de aspiracion y· de impulsion. La diferencia de presion H que -debe producir el ventilador de hélice, es como en el ventilador de fuerza centrífuga ..

11: tang. 6 (w _r,) (r ---: n•)-; ; 0

Conoci~a r, se deduce fácilmente w, r y r. La longitud L d.e la hélice . en sentido del eje es: 0

/ = r tang. 6 log. nep. 0

I + ·n · --'-1 n.

168

FÍSICA INDUST,RIAL

Fjemplo.-Se ha de construir un ventilador de hélice, capaz de proyectar un volúmen de aire Q = 10 metros cúbicos por 1", con un exceso de presion efectiva en altura de agua E= 0'0)6. Supongamos m = 0'60 como-rendirniento manométrico : 0'006 , = 0'01. H= o 6o

-v-·

r,=

JO .

Hagamos 6 45º, de donde tang. 0 =1, y r , = 050. r, Aplicando la fórmula para el aire á I 5°, resulta

-. - --1....

3' 14 X 17 '88 X (0' 75) •

1 / 1/ = -,o 50 JI

8000 X 0'01 = 17'8Sm

0'274 _= 0' 524

17'88 o' 524

34'0,

r= L = 0'454 X 2'36 X 0'238 = 0'248 V,

de donde

N = 323 vueltas por 1'

r = (1 - 0'25) -;- X 0'524 = 0'454 0

-V=

15 '436

r, = 17 '88

En cuanto á los valores de { y {,, esto es, rencia, y la otra, que se dirige al eje, es la la distancia de una molécula de aire hasta perjudicial; lo cual motiva una pérdida muy el eje, y 1, = la ordenada de la generatriz de . considerable . la superficie conocida que rodea el eje: . Girando este ventilador con fuel'za de 7 50 vueltas por minuto, daba una depresion de o 0'15 0'20 0'248 6'3 mm yun volúmende 2'152 ms por segundo. 0'470 0'495 0'524 El -rendimiento dinamométrico era solamente 0'454 0'148 0'202 0'262 de 0' 17 á 0~20. o Ventilador Pasquet. - Con este ventilador V ARIAS DISPOSie:IONES DE LOS VENTILADORES se suprimen las corrientes entrantes. Está DE HÉLICE.- Ventilador Motte.-La figura 233 fundado en el mismo-principio que el de Motrepresenta uno de los primeros ventiladores te, sólo que, en vez de tener los pasos helide h~lice que se establecieron. El aparato se zoidales contínuos, como este último, está forcompone de una hélice de 0'80 m de diámetro mado por un boten cilíndrico central, en el que y de 0'80 m de paso, formada por varias hojas están fijas 3 ó 6 rampas helizoidales, cada una de plancha delgada, remachadas unas . con otras y fijas á un átbol de hierro; esta hélice de las cuales tierie sólo ; ó ~ de un paso comgira en el interior de un cilindro de fundicion pleto de rosca. Estas rampas ó planos incliempotrado en ~n muro. El eje descansa en nados son de plancha delgada y están fijas al unas cruces de hierro colocadas en los para- boton interior y al cilindro exterior. El eje mentos, y el movimiento se tn¡.nsmite por una del ventilador está colocado verticalmente. polea y una correa. En los pri"meros ventiladores se dió á los La práctica demuestra que se forman dos cor- conductos mqviles una seccion mayor á la rientes en sentido inverso, que, atraviesan el entrada que á la salida, para facilitar el moviaparato: una, la útil, se dirige á la circunfe- miento del aire; pero se observó que con ello

VENTILADORES .

no se aumentaba el efecto útil y se su~rimió despues. Los experimentos ejecutados por Jocbamps con .estos ventiladores, dieron los siguie_n tes resultados: El número de vueltas era de 33 1

300

330

las depresiones manométricas 0'03om

0'03om

. 0'028 m

los volúmenes de aire aspirados 0'873 m•

6'063

m•

y los efectos útiles o'355. Un experimento que se practicó, intercep_tando las comunicaciones con los trabajos que se practicaban, dió una. depresion máxima de o'o6om con 303 revoluciones por minuto. VenUlador Lessoine._:_Para la extraccion del aire viciado de las minas, Lessoine utiliza la fuerza del viento, á cuyo efecto, construye un aparato aná-logó á las alas de un molino. Está formado por seis alas, de plancha de 1'5 á 2 milímetros de espesor, -remachadas en radios de hierro fijos por un· extremo á un boton central y por el otro á un aro circular. La inclinacion de estas alas es, como en los molinos de viento, de 18 á 19º con relacion al boton, y de 6 á 7° con relacion á la circunferencia. Al girar este aparato, resbala el aire por las alas y se reparte en la atmósfera; el vacío relativo que se produce absorbe el ai-re de la mina, que, se expele á su vez del mismo modo. Este ventilador sólo funciona á presiones muy escasas, de 0'013 m á lo más . Los resultados son los siguientes : NJÍmero de revoluciones por min~to

Ventilador Geneste y Herschel.-En esté · ventilador (fig. 234) se tiene en cuenta la accion de la fuerza centrífuga, que, tiende á alejar del eje las moléculas del aire; el diámetro · del aparato á la salida A A' es un poco.mayor que á la entrada B B'; el boton que soporta las alas M, M, M tiene la forma de tronco de cono y está_montado en el árbol ó eje por medio del dis_co P P'. Ei número de alas es de 12, inclinadas á 45°. El boton está dispuesto de modo que impida el paso de las corrientés enti:antes, .y gira en cada ·extremo cerca de la base de unos conos fijos muy prolongados ; uno, O K K', colocado á la entrada, sirve para conducir el aire hácia las aletas; el otro, L F F', colocado á la salida, forma como un difusor para- impedir lo~ remolinos. · Un ventilador de I metro de diámetro, que dé 3 72 v.ueltas por minuto, arrojaría 6,500 metros cúbicos de aire por hora y ex igiria una fuerza de unos •¡~ de caballo. Ventiladores de capacidad variable ó rúedas pneumáticas.

Deviller ha dado el nombre de v~ntiladores de capacidad ,variable á unos aparatos, compuestos de obturadores móviles, ya sean pis-· tones· ó paletas, que, se mueven por traslacion ó por rotacion en el interior de una cámara de forma apropiad·a, los cuales, durante su período de accion; interceptan _ lo más herméticamente posible la comunicacion entre la parte anterior y la posterior dei obturador. A medida que el obturador avanza y rep~le el aire por su parte anterior, la cámara pos~eriór se llena de aire. Por medio de válvulas,~ por una série de obturadoi:es colocados en la misma cámara, queda cada vez retenido ci~rto volúmen de aire en la capacidad comprendida entre dos obturadores 'sucesivos, obligán1 75 . 201'5. dole á pasar de un espacio á otro de presion Volúmenes de aire aspirados por segundo mayor. _ máquinas de piston ó de cainpaná suLas 7'500 ma 8' 500 m• 9'120 m•. mergida pueden clasificarse en esta ca~egoria: ' D~presi~nes manométricas tales son los prüm¡ros aparatos empleados para la ventilacion de las minas. 0'005 0'005 0'013. Las máquinas de piston están formad as por La relacion entre el trabajo motor y el tra- dos cilindros de madera, reforzados con hiúbajo útil es de 26 por 100. J ros, por el interior de los cuales se mu e ve .u n FÍSICA, 11:1'D,

T . II.-22

;

FÍSICA INDUSTRIAL

piston provisto de válvulas. Los fondos de estos cilindros llevan tambien válvulas que se abren de abajo arriba. Los pistones son solidarios uno de otro, produciéndose $ U m_o vimiento en sentido inverso por medio de una máquina de vapor. Están colgados con cadenas que terminan en los extremos arqueados de un balancín, ó guiados por paralelógramos de Watt: tambien se coloca á veces • la máquina de vapor sobre los cilind'ros, en cuyo caso, el piston lleva dos espigas que terminan en unas cadenas planas, arrolladas en poleas, que soportan los pistones de los cilindros 'de aire. Las partes inferiores de estos cilindros comunican con una galería horizontal, abierta en los pozos de ventilacion. La fig.• 23 5 representa la seccion vertical de uno de estos cilindro!>. Estas máquinas•producen un efecto útil bastante considerable si están bien construidas y equilibradas las válvulas; pero, en cambio, ~e producen siempre pérdidas muy Rotables, debido á la escasa superficie de los orificios de 'entrada y de salida. Tienén además dichas máquinas el inconveniente de que·la absorcion no es regular y exigir gastos de instalacion muy considerables. , · Ventilador Fabry.-Este ventilador (figura 236) se compone de dos grandes . ruedas, montadas en dos ejes de rotácion paralelos. Cada rueda está formada por tres brazos, que engranan entre sí y giran en: el interior de una envolvente, que, comunica por un lado con la mina y por el otro con la atmósfera. El aire aspirado de la mina pasa por entre los brazos, hácia el exterior, estableciéndose· así dos corrientes de salida en los extremos del aparato; y, como queda cierta cantidad de aire entre los brazos que se encuentran en contacto en el centi;:_o, girando en sentido co.ntrario pasa este aire del exterior al interior, de suerte que, el volúmen suministrado por el aparato resulta ser la diferencia entre los volúmenes de las dos corrientes de salida de los lados y el volúmen que penetra en el centro. La máquina motriz comunica el movi¡niento á una de las ruedas·, y ésta, á su vez, lo comunicn á la otra por medio de un engranaje, que, lo efectúa en sentido contrario á la primera. /

Siendo R el radio exterior de -las ruedas, r el radio de las circunfe,rencias tangentes, y L el ancho de las alas, se demuestra que, para ruedas de tres alas, el volúmen que sale á . . cada vuelta es 6'2834 L R •, y el volúmen que entra es 6'8028 L r •; de modo que, el volúmen real suministrado es

Q = L (6'2834 R • - 6'8028 r •): '

·,

de donde resulta que, para obtener el volumen máximo, es preciso que · R sea lo más grande posible con relacion á r. Debido al funcionamiento del ven.tilador, las dos caras de las alas están sometidas á una diferencia de presion, ya en un sentido cuando expelen el aire al exterior, ó ya en otro sentido cuando lo absorben á la parte central, resultando de ello tinas vibraciones contínuas, tanto más sensibles cuanto mayores sean las alas, lo cual obliga á darles mucho juego y, por consiguiente, el mucho paso del aire origina pé,rdidas muy notables de efecto útil. Las dimension~s más comunes de estos ven2 r metro, L tiladores son: R = 1'75, r metros, con lo cual, el volúmen teórico cal .. culado por la fórmula es de 24 metros cúbicos, que, queda reducido á 12 ó r 5 metros cúbicos á causa de los escapes. Segun Jochams, el efecto útil es de -o' 40 á 0·57 del trabajo transmitido. Hé aquí los resultados obtenidos por Murgué con un ventilador Fabry, de 3'30 m de diámetro y 3 metros de ancho.,_ La relacion volumétrica es la del volúmen real, suministrado relativamente al volúmen teórico engendrado.

Depresion Volúmen Número Orificio en milímetros de aire de vueltas equivalente . · de agua. P.Or minuto. por segundo.

º·

o'.3847 0'6772 o'7.3.37 1'5661 2'4486

27'.38 28'92 28!40 .30'20 .34'.34

8'761 rr'.394 11'565 15 '084 18'104

1000

Relacion volumétrica.

73'1.3 .39'85 .34'98 1.3'05 7'67

0'5 25 0'64é 0'66 0'820 0'868

Se vé que, á medida que el orificio equivalente aumenta, el volúmen salido aumenta tambien, mient as que la depresion disminuye rápidamente.

VENTILADORES

Ventilador Root.-El ventilador Root (figura 23 7) está basado en el mismo principio que el ventilador Fabry, pero en dimensiones mucho más reducidas, siendo dos el númer'? · de paletas en vez de tres : el funcionamiento es el mismo . Se establecen dos corrientes hácia las paredes de la envolvente y una corriente entrante hácia el centro, dismip.uida cuanto se pueda por la forma de las paletas. Para dos paletas, el volúmen teórico engendrado es:

. Q= L(6.2832 R' - 7'20 r

2 ).

En la práctica está notablemente red1:1cido, debido á- los escapes resultantes del juego necesario al movimiento en los bordes y en el centro. Ventilador Lamielle. -Este ventilador (figura 238) se compone de un g ran tambor exagonal A B C D E F, de caras planas, en cúyo interior se reunen tres paletas M N, M' N', M" N", coavisagras articuladas en tres de los vértices del exág ono . El conjunto está montado en un árbol de rotacion O y gira en una envolvente cilíndrica de obra de fábrica, que, por un lado G comunica con la mina, y por el otro F, con la atmósfera. El árbol de

rotacion es a~odado, en cuyo codo P están articuladas unas bielas, unidas al otro extremo de las paletas en N, N', N". A causa de la excentricidad, las bielas desarrollan ó rebaten las paletas durante la rotacion, produciendo entre el tambor y la envolvente capacidades variables, que, se llenan sücesivamente de aire de la mina para expelerlo á la atmósfera. El volúmen de aire que sale á cada revolucion del tambor es igual á tres veces el volú- men comprendido entre la envolvente y dos alas desarrolladas, disminuido del volúmen comprendido al otro lado entre la envolvente y las alas rebatidas. El ventilador sólo extrae de la mina la diferencia entre estos dos volúmenes, disminuido, además, de las entradas inevitables debidas al juego necesario al funcionamiento del aparato . La relacion .entre el volúmen salido Q y el volúmen teórico engendrado Q' depende de la buena construccion del aparato, para evitar los eséapes, y, en particular, de la diferencia de las presiones en uno y otro lado de las paletas. Hé aquí los resultados de los experimentos de Morgue en un· ventilador Lamielle, instalado en las minas de Cessons:

-· Orificio equivalente.

º· 0'5 l 11 0 18225 0'0128 2'2838 4'7745

Número

Volúmen

Depresion

Relacion

Rendimiento

de vueltas por minuto.

de aire salido

en milímetros

volumétrica.

dinamométrico .

por segundo.

de agua.

Q Qt

20'05 22 185 24'59 24'76 23'84

1 7 9 25 II'306 1 5'895 16'721 1 1 7 379

Al igual que en el ventilador Fabry, el volúmen salido aumenta á la par que el orificio equivalente, y la depresion disminuye en proporciones muy notables, La relacion

entre ~l volúmen de aire salido ·y el vo-

lúmen engendrado aumenta al mismo tiempo que el orificio equivalente, y en los experimentos varió de o' 4 79 á 0'884 , casi del sim-

;

1000E

' 33'7o 26 1 23 8'72 7'47 1'94

o'479 0 1 600 o'i83 o' 18 0'884

0'425 0 1 460 o'.304 0'286 , o'to1

ple al doble. Los escapes son, naturalmente, tanto más considerables cuanto mayor sea la diferencia de presion. Chorros de vapor y de aire comprimido.

Preliminares.-Al lanzar un chorro de vaporó de gas comprimido al eje de tin tubo cuyos dos extremos comunican con la atmósfera, se produce (fig. 239) alrededor del orifi-

FÍSICA INDUSTRIAL

cio de salida del chorro una depresion, que, . de 0' 5om de diámetro, y de 3m á 3'5om de larmotiva una absorcion del aire exterior al in- gó, produciendo el efecto máximo: terior del tubo, el cual se mezcla con el gas Diámetro del chorro. o'orm 0'02 m. 0'03m inyectado y salen juntos por el otro extremo. Depresion producida · Si el tubo está abierto en una cámara que en altura de agua .. o'orom 0'032m o'o6om . comunica con la atmósfera por medio de tubos, el chorro produce en dicha cámara una La presion del vapor era de 5 atmósferas. depresion que hace circular por los conducLa _depresion producida aumenta rápidatos cierto volúmen de gas absorbido por el mente con el diámetro del chorro, conforme extremo opuesto. Así, un chorro de vapor á ia teoria. _ (p.g. 240), T G, colocado en la base de la chiGlepin observa que, con un chorro- de 0'03m menea K de una locomotora, produce una de diámetro y una presion de 5 atmósferas, depresion en la caja _de humo R, aspira los el v.olúmen de aire derramado por segundo gases del hogar A por los tubos C C, y obli- es de 3'385m 3 á 17° y la depresion producida ga al aire atmosférico á que penetre á través de 0'0575m. de la rejilla y el carbon para alimentar la La cantidad de vapor empleado corresponcombustion. de á 36 caballos . El trabajo útil fué de El volúmen del gas aspirado depende de la 3'385 X 5i5 1.94 kilográmetrosr ó sean, 2' 5 presion del gas motor, de las secciGnes del caballos: el rendimiento era tan sólo de.,,,0'069. orificio de inyeccion y del tubo, en donde se Como, para la misma presion, el consumo opera la mezcla, y tambien de las resistencias de vapor debe ser proporcional á las seccioque los gases experimentan, al circular, antes nes de los tubos de inyeccion, y el volúmen de que lleg uen á la cámara de aspiracion. aspirado á la raiz cuadrada de la depresion, Experimentos.de Glepin .-Este físico pracpara estos tres tubos, de 0'01, 0'02, 0'03, se ticó un sinnúmero de experimentos e·n chor- encuentra como rendimiento máximo ros de vapor, destinados á la ventilacion de las minas de hulla. El · aparato ensayado se componia de seis siendo no_tablemente mayor para el tubo de tubos cónicos, ·colocados en la base y en · el 0'02m de diámetro. centro de seis tubos de plancha dispuestos En otros experimentos, cuyas condiciones verticalmente en la cubierta. de una galería no eran tan favorab~es, los rendimientos fueen comunicacion con la boca superior de los · ron de 0'0 18, 0'054, 0'032, 0'047. El efecto pozos de ventilacion. útil, como se vé, es siempre muy débil. El vap01: se lanzaba por cada tubo y deterExperimentos de Ronuilly.-En los exminaba en la galería una depresion y una perimentos relativos á los fenómenos produaspiracion .de aire de la mina. cidos por el arrastre ó absorcion del aire por Variando el diámetro de los tubos de inyec- un chorro de vapor, Ronuilly emplea un cion y el diámetro y la longitud de los tubos tubo que arroja el aire, bajo cierta presion, de plancha, se halló que, para cada diámetro al interior de unos tubos de formas distintas, de los primeros existió ciei-to diámetro de los cónicas y cilíndricas, y por un orificio en pasegundos y cierta longitud, que, daban un red delgada. El chorro de aire, procedente de un depósito de aire comprimido, penetra máximo de depresion. Para todos los tubos, el efecto máximo cor- · en los tubos, dispuestos sucesivamente para responde á una , longitud de 6 á 8 veces. el forI!_).ar la entrada de un gasómetro de 48 litros de capacidad, bien equilibrado. El aire diámetro. El diámetro de efe.eta máximo fué de 0'5om hace subir la campana, llenándola en un para todos los tubos de inyeccion, debiéndo- tiempo que se observa en un contador de sese observar, sin embargo, que los diámetros . gundos : se mide primeramente el volúmen de 0'45 y de 0' 55 dieron casi las mismas de- inyectado, introduciendo el extremo del tubo inyector en el orificio, para que no haya presiones que el de 0'5om. Hé aq11í los resultados con relacion _al tubo arrastre de aire exterior; y, permitiendo lue-

VENTILADORES

173 mentos con un tubo inyector.de aire comprimido á una atmósfera, de diámetro 2 r=o'ooi, reducido á 0'0008 por la contraccion de la vena. El volúmen Q derramado por segundo con upa velocidad V de 564 metros, fué de 0'282 litros; y el relleno del gasómetro se efectuó en 173 segundos. El producto Q V, proporcional á la cantidad de movimiento del aire comprimido, fué 159.

gola entrada del aire, se mide la cantidad arrastrada con. varios diámetros y varias distancias. Una vez cargada é inmóvil la campana, el gasómetro constituye un recipiente cerr.ado, de volúmen constante, y el chorro determina una presiori que se mide con un manómetro. El tubo que produjo el. máximo efecto fué el de 5° á 7°, colocada la menor seccion frente del inyector. Hé aquí los resultados de algunos experiDiámetro del tubo QR. Duracion del relleno . Volúmen q por 11' . Velocidad v·. Producto q v.

0'004 3411

1'41 lit. 112'09 158

0'008 1]1' 2'82lit. 56'40 159

o'or6 8' 5" 5' 56Iit. 28'20 l 59 -

0'032

4'2" l l

lit,

14'25 162

Relativamente á la presion, con el mismo inyector, en el tubo cónico de 0'008, se encontró: Altura d e a g ua.

Presion en redpiente abierto, segun la velocidad. Presionen recipien~e cerrado, en el manómetro. De estos experimentos se deducen las consecuencias siguie,µtes: r. ª La cantidad de rriov-imiento (velocidad del gas libre) es constante. 2 .ª El volúmen de aire es proporcional á la relacion de los radios

orificio inyector y la entrada del tubo receptor. Continuamos los resultados obtenidos con un tubo inyector, de 0'00J°5m de diámetro y 0'072m qe longitud, colocado á varias distancias de un tubo receptor cónico de 5° á 7°, de 0'016m de diámetro en la base menor y de o' I 14m de longitud, estando esta base mi:mor del lado del inyector. La presion del aire comprimido era de 1 atmósfera. Las distancias del inyector al borde del receptor están contadas en centímetros, y negativamente cuando el inyector está introducido en el interior del receptor. Distancia al receptor:

.B:__.

r 3 .3 La velocidad es proporcional á la rela. . r c10n mversa R"

4." El máximo efecto tiene lugar cuando el tubo inyector está colocado al centro del tubo receptor. · La experiencia demuestra que el máximo eiedo corresponde á cierto intérvalo entre ~l -6 -4

-2

9'4"

Duracion del relleno:

30"

2d'

14"

l l

'8''

10'6''

8'6"

8'8''

9' 5''

10'8"

Se vé con esto que el máximo efecto cor- tiene una presion de o' o 5 r m en altura de agua. responde á una distancia de 5' 4 ce,1tímetros;Se han hecho igualmente experim en-tos con la duracion d~l relleii.o es de 8'6 segundos. otros receptores; encontrándose los resulta, Inyectando en el recipiente cerrado se ob- ,dos comparados siguientes:

174

FÍSICA INDUSTRIAL

RECEPTORES

Cónico (seccion menor hácia el inyector). Cónico (seccion mayor hácia el inyector). Cilíndrico .. Relativamente al orificio receptor en pared delgada, la cantidad de movimiento es menos de la mitad de la que resulta con tubo cónico; de suerte que, es elreceptor menos ventajoso. Los experimentos hechos con el vapor han dado los mismos resultados, con la particularidad de que las pequeñas gotas debidas á la condensacion hadan más difíciles y no tan claros los experimentos. Experimentos de Nor_o y Geo//roy.-Estos ingenieros han practicado muchos experimentos con chorros de vapor, con el objeto de determinar las condiciones más favorables al tiraje de las locomotoras. El aparato que les sirvió para los experimentos (fig. 241) se componía de una caja A, de 320 litros de capacidad, colocada verticalmente al lado de una caldera de locomotora que servia de generador de vapor. La caja A estaba en comunicacion con la caja de humo B de la locomotora por un conducto C C, de un metro de longitud y de 0' 250 de diámetro, en el cual se medía la velocidad de los gases calientes, aspirados de la caja de humo B por medio de un anemómetro D, instalado, á poca diferencia, á igual distancia de los dos extremos del conducto, en un punto, por consiguiente, en donde se verificaba el derrame con la mayor regularidad. Las indicaciones del aparato se leían en el anemómetro á través de un vidrio. Entre la caja A y el conductó C se interponían sucesivamente • varias placas de plancha F, taladradas, cuyos agujeros tenian_igual diámetro, pero en cantidad distinta, y uniformemente repartidos en la superficie de cada placa p~ra que presentasen varias secciones de paso á los gases aspirados. La cara superior ·de la caja A tenia un orí:... ficio con abrazaderas para poderle colocar sucesivamente chimeneas K, de secciones y alturas distintas. La cara inferior estaba atravesada por el

Duracion del relleno.

Producto q v propor· cional á la cantidad de movimiento.

8'6" 10'6"

1 55

11'0"

102

tubo de escape G, que, resbalaba suavemente en su soporte para modificar libremente la distancia del .orificio de escape á la chimenea. La parte superior del tubo G era de rosca, á fin de que pudiese recibir los conos de escape de secciones distintas. Por medio del tubo L L comunicaba el tubo G con un depósito especial M, en el cual la presion del vapor se mantenía rigurosamente constante durante cada observacion. Para ello, se colocó un_a llave N en ,el tubo O O de conduccion del vapor del regulador de la locomotora, y una llave en el tubo P de escape. El manómetro de mercurio S indicaba la presionen el depósito M, y otro manómetro S' la depresion en la caja A. Daba la temperatura de los gases aspira- • dos un termómetro T, colocado en el conducto de aspiracion, u~ poco antes que el anemómetro. La chimenea de la caldera empleada como generador presentaba una altura de 6'5om. El tiraje natural de esta chimenea bastaba para producir la cantidad de vapor necesario á todos los experimentos. No se tuvo en cuenta la depresion en la caja de humo, que, era á poca diferencia constante y estaba representada por 2 ó 3 milímetros de agua. En resúmen; con este aparato se podian hacer variar en conjunto ó separadamente: La seccion de paso del aire, de 20 á 320 agujeros de 9 milímetros; ~ la altura de la chimenea, d_e 0'2om á 2'5om; el diámetro del escape, de o'orom á 0'056m; el diámetro de la chimenea, de 0'035m á 0'202m; la presion del vapor, de 0'05_om á o,6oom en altura de mercurio. Influencia de la altura 6 de la longitud de la chimenea en el tiraje_.-Los experimentos han demostrado de una manera muy clara

175

VENTILADORES

que 1~ altura de la chimenea que dá el máxi_mo de depresion, ó, mej,b r dicho, el máximo tiraje, es independiente de la seccion de paso de los gases, es decir, de las resistencias, de la seccion del escape y de la presion del vapor, y que depende únicamente del diámetro, debiendo ser aquella igual, aproximadamente, á 6 ú 8 veces este diámetro. Si la longitud· es mayor, la influencia en más ó en menos es insignificante. La fig. 242 representa los reswltados obtePresion del vapor

nidos con una seccion de paso de 160 agujeros, de 0'009m de diámetro cada uno; un escape de 0'04Ó de diámetro; presiones de vapor que pasaban sucesivamen~e por o'.050, 0'200 y 0'300 de mercurio; y una chimenea de o' 143m de diámetro, cuya longitud variaba de 0'2oom á 2'5oom para cada presion . Las ordenadas representan las depresiones en la caja de humo, correspondientes á las alturas de 13-? chimeneas representadas por las abscisas. Curva

de mercurio

0'050 0'200 0'600

ABC

AB'C' AB"C"

Como se representa en la figura, el máximo tira je se a1canza cuando la chimenea tiene un metro de longitud, ó, aproximadamente, siete veces su diámetro, que es la relacion que resulta de los experimentos de Glepin. Influencia de una embocadur_a cónica.Estudiando la influencia que puede tener la embocadura cónica que se · coloca ordinariamente en la parte superior de la chimenea, se ha observado que, en chimeneas de co~veniente longitud, con ó sin embocaduras, las diferencias en el peso del aire absorbido son insignificantes. Influencia de la distancia del orificio de escape á la entrada · de la . chimenea. -Esta distanc_ia no; influye mientras no exceda de una vez;y megia el diámetro. Más allá de este límite el tiraje disminuye rápidamente . .. La entrada del escape en la chimenea . no influye tampoco, en tanto la chimenea tenga

la longitud conveniente (6 á 8 veces · el diámetro), .d esde el orificio de escape. Influencia de la secclon de la chimeneg,.Cuando, con una misma seccion de paso de aire, uua misma seccion de ·escape y u~a misma presion de vapor, se ensayan sucesivamente .chimeneas de secciones progresivamente crecientes, cuya longitud sea de 8 veces el diámetro, .se observa que las cantidades de aire absorbido y las depresi_on'es correspondientes en la caja de humo pasan por un máximo, es decir, que existe una seccion de chimenea ,que produce el máximo de absorcion . El siguiente cuadro y la fig: 243, que constituye la parte gráfica del primero, dan los resultados obtenidos con una seccion de paso de 160 agujeros de 0'009m, un escape de 0'014 01 1 de diámetro, una presion de vapor en el depósito de escape de 600 milímetros de mercurio, y 10 chimeneas de diferentes diámetros.

Seccion de la chimenea de efecto máximo.

DIMENSIONES DE LAS CHIMENEAS

" Seccion .

. •

o'ooro 0'0020 0 '00.30 0'0040 0'0060 0'0080 0'0120 0 '01 60 0'0240 0'0.320

Diámetro . m

0'0.36

Altura .

0 '300

0'05 0

0'400

. 0'062 0'071 0'080 0' 101 0 1 124 0'¡ 4.3 0' 175 0' 202

0 '5 00 0 '550

º'¿ºº o' oo 11 000 1'150 1' 200 1'600

Peso en gramos de aíre absorbido por segundo.

82' ¡ I r40 '79 1 174 18 202' 46 2t '4.3 2 5'2.3 280' 16 278 ' r2 255'86 2!!4'29

Depresion en millmetros de agua en !;,. caja de humo .

inm

9 17 28 41 52 62 78 76 62 48

FÍSICA INDUSTRIAL

En la fig. 243 las abscisas indican las varias 'Nozo y Geoffroy hacen ·variar la presion secciones de las éhimeneas; y las ordenadas del vapor y dejan constantes la seccion de representa o, para la curva A B. C los pesos paso y la seccion de escape, habiendo obsercorrespond,ientes de aire aspirado, y para la vado que la seccion de chimenea de efecto curva A B' C' las depresiones en la caja de máximo era independiente de la presion, pues, humo. depende tan sólo de la seccion de escape. Estas curvas y el cuadro demuestran que la No dan esta , relacion entre las tres secciocantidad de aire absorbido y la depresion en nes, limitándose á decir que la seccion de la la caja de humo aumentan con el diámetro chimenea depende en particular de la seccion de la chimenea, hasta que ésta alcanza una de paso, siéndole aproximadamente proporseccion de 0'120, que es la que hace producir cional. J. á la combinacion de seccion de paso, de secEsta relacion está representada por la fórcion de escape y de presion indicadas, el má- mula: ximo de depresion en 1-a caja de humo. Al aumentar la seccion de o'oorn á 0·120, el R=r+ R 0 , efecto producido aumenta tambien rápidamente para disminuir más allá de este punto, en la cual, R es el radio de la chimenea, r pero con mayor lentitud. el radio del orificio de escape del vapor, R Sea cual fuere la combinacion, existe siem- el radio del círculo equivalente á la: seccion pre una seccion de efecto máximo, que, pue- total de paso. de variar notablemente cerca del máximo sin El siguiente cuadro establece la comparaque su influencia sobre la cantidad de aire ab- cion de los resultados del cálculo y de los ex sorbido sea muy notable. perimentos de estos _ingenieros:

Seccioil de la chimenea de efecto máximo. Comprobacion de la fórmula R-=r+R 0 • 1 CHIMENEA DE -EFECTO MÁXIMO

' PLACAS DE PASQ ~

ORIFICIOS DE ESCAPE ~

Sec,;ion del orificio único .

Radio equivalente.

Seccion .

º·

o'oor 272

0'02015

0'000628 0'000314 0'000i57 0'000078 0'000628 6'000314 0'000157 0'000078 0'0006~8 0'000314 0'000157 0'000078 0'000078

0'01414 0'01000 0'00707 0'00500 0'01414 0'01000 0'00707 0'00500 0'01414 0'01000 0'00707 0'00500 0'00500

0'002544

0'02~45

0'010178

0'05700

0'020355

0'08050

.,... Seccion

Radio .

observada.

Chimeneas múltiples. - Practicaron Nozo y Geoffroy experimentos comparativos entre el efecto producido por una chimenea única con escape único, y por un grupo de peque-

Radio R.

Q 0'0036 0'0034 0'0025 0'0022 0'0055 0'0047 0'00 4 5 0'0032 0'0145 0'0135 0'0130 0'0120 0'0250

Segun la observacion .

Segun la fórmula

R=r+Ro

0'03385 0'0329 0'0282 0'0264 0'04185 0'038t 0'037 5 0'0319 0'068 0'0655 0'0645 0'0620 0'0895

0'03429 0'03015 0'02722 0'02515 0'04259 0'03845 0'03552 o'o3345 0'07 II 4 0'06700 0'06407 0'06200 0'08550

ñas chimeneas de igual seccion total provistas de un escape especial cada una de ellas. La chimenea única tenia 140 milímetros de diámetro, 1' 2om de altura, y el orificio de es-

· VENTILADORES . ·

cape 40 milímetros de diámetro. La relacion

fin de investigar hasta qué punto los princi~ entre la seccion p.e~ orificio de escape y pales hech'os indicados por la e:itperiencia en pequeña escala podian aplicarse á las locomola del tubo era igual á-0'0812. toras, Nozo y Geoffroy repitieron otros enLa chimenea múltiple se componia (figura sayos modificando algun tanto el sistema; 244)de 8 chimeneas, k,-k ... , de 50'5 mm de diáComo el anemómetro no era de empleo fámetro cada una y de 400 milímetros de altura, cil, se limitaron á emplear el manómetro·de con un escape g, g, g,.... en cada una de _ agua para conocer la depresion en .la caja de ellas, de 14 milímetros de diámetro. La rela- · hum.o. Median la presionen el tubo de escape por medio de un tubo encórvado en sentido 6 . w ' ClOnQ O 07 7. _ opuesto á la corriente, que ponían en comuEn ambos caso,1_, la seccion de;paso del aire nicacion con un manómetro de mercurio. aspirado se componia d~ 160 agujeros de 9 Estos experimentos, aplicados á locomotomilímetros de diámetro. ras en marcha, son muy delicados por variar El sig-yiente cuadro dá los resultados ob- constantemente el estado de la rejilla, además tenidos. de que, para una misma presion. indica·d a por el manómetro del escape, la depresion en la cajfl de humo es menor cuando es manso el . DEPRESION EN LA CAJA DE ASPIRACION Presion del vapor fuego que cuando es potente, cuya depreJion en milímetros de mercurio. Chimenea única. Chimenea múltiple, puede variar basta el doble. Para evitar esta caus_a de error buscaron el 141 . 300 119 250 115 término medio de un gran número de obser96 93 200 75 vaciones, con lo cual trazaron curvas cuyas 64 150 57 ,10 43 roo abscisas eran la presion del vapor, y las or;20 50 28 denadas las promedias de las depresiones e_n la caja de humo, con rela<?ion á cada una de Las depresiones producidas con la chime- las presiones en el tubo de escape. Es evidente nea única son un poco mayores que con la que la chimenea que dé la curva más alta, chimenea .múltiple, lo cual ·obedece sin duda será la que produzca la máxima aspiracion. Primeramente determinaron la seccion de á la dfrerencia de las relaciones ~ y tambierÍ la chimenea que dió el máximo tiraje con:escape fijo, en una locomotora de ·dos cilindros á la contraccion. · En ambos _casos, las depresiones produci- ordinarios. das en la cámara R, particularmente con reEl escape fijo tenia un diámetro · de o' r 10 lacion á la chimenea múltiple, son sensible- (secéion o'oo\)503), estando colocado á 0'10odel · mente proporcionales al exceso de presion orificio inferior de la chimenea. Las dimensiones de las chimeneas :que s¡3 del vapor, conforme con la fórmula. r· e Experimentos en las locomotoras.-Con el ensayaron eran las siguientes: -

Números .. . Diámetros .. Secciones ..

0'452 0'16

0'423

3 0'391

0'14

0 ' 12

4 o'357 0' 10

0'319 . 0'08

6 0'2_77 0'06

El recorrido en el tiempo dese~do se llevó caja de humo (40 observaciones por chiÍ11emuy bien á efecto con las chimeneas 2, 3, nea), y trazando las curvas, tomando por abs-, 4, 5; mas con las chimeneas 1, 6, el tiraje fué cisas las presiones y por ordenadas las depr_e;-insuficiente, y nula la marcha con la chime- siones, .se observó que las chimeneas 3 y 4 nea 7. daban sensiblemente las mismas depresiones; A_notando á cada . kilómetro las presiones la chimenea 4, cuyo diámetro era 0'3 57, paredel v~por en el escape y las depresiones en la .cia algo superior... . , 1 FÍSICA IND ,

T. I I . -.2.3

FÍSÍCA INDUSTRIAL

0'210 m de diámetro; ia seccion total de los cuatro correspondia á una cllimenea de o' 42 m de diámetro. Esta locomofora prestaba les -mismos servicios que los de una chimenea ordinaria, sin_que se notase ninguna diferencia en la produccion del vapor. Debe observarse, sin embargo, que la altura de las chimeneas parciales era tan sólo tres veces y media su diámetro. _, Conclusiones de los experimentos de No 1o y Geoj)roy.-Í! La longitud de la chimenea depende únicamente de su diámetro; debe ser igual á 6 ú 8 veces este diámetro, por lo menos. • · 2." La distancia del orificio de escape á la 0'152. , El siguiente cuadro dá las depresiones ob- entrada de la chimenea no ejerce influencia alguna, siempre y cuando esta distancia no , servadas para varias presiones de vapor. pase de una vei y media el diámetro de la chimenea. · Depresiones producidas por chorro de vapor. 3. ª. Para cada seccion de paso y cada sec-cion de escape existe un diámetro de chimenea que dá el máximo efecto. RESUL TAOOS DEL CÁLCULO PRESIONES Depresion en la Se puede d'e terminar aproximadamente con caja de humo en metros la relacion R = ·r R0 • en mili metros observada. ~E de agua . '/Jl'f 4." La depresion producida por el_chorro Q de mercurio. E E es sensiblemente proporcional á la presion del vapor . 0'854 0'0128 0'0175 0'408 .30 0'877 0'0.351 0'816 0'0270 5. ª El peso de gas, aspirado por kilógramo 60 0'888 0'0526 0'0408 1'224 90 de vapor, aumenta con el orificio equivalente 0'88.3 0'0546 0'0~02 1'6.32 120 0'88.3 0'0685 o'o 77 2'040 y disminuye un poco con -la presion del 150 0'872 0'005.3 0'0805 180 2'448 0'866 vapor. . 0'1228 0'091.32'85"6 210 0'866 0'1025 0'140.3 .3'-264 INYECTOR KOERTING. - Para aumentar el "'4º 0'848 0' 1579 0'11.38 270 .3'6r efecto del chorro de vapor, ~Koerting ha dis0'854 0 ' 1754 o'I'l.7.3 4'0 o .300 puesto aparatos en los cuales una primera inyeccion determina varias inyecciones y aspiCon rela~ion á la influencia ejercida por la raciones sucesivas po(medio cl.e tubos de seolongitud de la chimenea, con escapes de cienes crecientes. En el aparato (fig. 245) hay 0'10 m y deo'125f!l de diámetro, se observaron seisinyeccione_s y aspiraciones; el vapor pecinco chimeneas, de r, 2, 3, 3'50 y 4 metros netra por el tubo A y sale por un tubo cuya de \longitud, y se halló que el máximo efecto seccion puede graduarse por medio de ulia escorrespondía á una longitud de 3 '50m, ó sea, piga cónica, que; penetra niás ó menos en el 8 veces el diámetro, como resulta igualmente centro, empleando para ello el volante V. El de los experimentos practicados en pequeña vapor que se infroduce por uri primer emescala. budo,·aspira, por el espacio anular que se enEn una máquina Crapton se ensayó una cuentra alrededor del tubo, los gases que enchimenea múltiple, compuesta de 4 tubos· de tran por el tubo B y por el orificio a a. Lan0!75 de alto, con un chorro de vapor que sa- zada la mezcla á un segundo embudo, aspira lía por el centró de cada tubo y por un orifi- igualmente los gases por el espacio anular; cio de escape de 0'052 de diámetro. - esta nueva mezcla verifica lo mismo por el La suma de las secciones de escape corres- . tubo b b, y así sucesivamente por los orificios pondia á un tubo de 0'104 cada tubo tenia . e e, d d y e e: ia masa total es imp~lida ~l tubo Las curvas casi se confundian con· líneas rectas pasando por el orígen, lo cual demuestra nuevamente que la depresion producida en la caja de humo es proporcional á la presion del vapor. Análogos resultados se obtuvieron con una chimenea horizontal, de locomotora para viajeros. Cinco fueron las chimeneas ensayadas: de 0'40, 0'45, 0'48, 0'52 y 0'55, con escape fijo de o' 100 de diámetro. La chimenea de o' 48 dió el máximo de depresíon; las de 0'45 y 0'52 dieron cifras muy aproximadas. Igual resultado se obtuvo con escape de

--------

10 ;

VENTILADORES

CD, unido al espacio adonde se quieran transmitir los gases. A medida que se •aumenta el número de chorros, es decir, la relacion R de los radios r del tubo C y del chorro de vapor, se aumenta el volúmen aspirado, pe·r o disminuye la diferencia de presion: para graduar la presion, en algunos aparatos se cierra cierto número de orificios e e, d d, e c. · Segun las observaciones de Koerting, con una presion de vapor de 3 atmósteras se obtienen los siguentes resultados:

179

Relácion de los ·ra dios Deprcsion producida en

R r

~ilímctros de agua.

17' 5 23

El volúmen de aire inyectado, por kilógramo de vapor, varía, en estas condiciones, de 160 á 30. Siemens, con un chorro de vapor dé forma anular alcanzó una depresion de 470 milímetros de mercurio.,

(

Caldeo y ventilacion de los establecimientos particulares · y púl:)licos. CONSIDERACIONES GENERALES

L hombre

v icia el aire que le rodea por la r espiracion, la transpira..:. cion, y, en ciertas circunstancias, por emanaciones rr.efiticas que se propagan directamente á través del aire. Para estudiar las condiciones de la salubridad debe cbnocerse el volúme'n a.e aire que n ecesita por hora cada individuo colocado en un espacio cerrado, para que éste sea salubre ; debe determinarse además el volúmen de aire necesario á los diferentes. aparatos de alumbrado y su influencia en la alteracion del aire del espacio en donde arden. Por el mero acto de la respiracion produce el h~mbre constantemente calórico, cuya cantidad debe conocerse para tenerla en cuenta al calcular la que debe suministrarse. Es tambien indispensable conocer las cantidades de calórico que atraviesan las paredes de los edificios en las circunstancias ordinarias, de lo cual ya hemos tratad,_o con la debida extension. Por último, deben ex arpinarse las ventajas é inconvenientes de los varios sistemas de caldeo y de· ventilacion, para poder elegir, en cada caso particular, el que sea inás convep.ienté . V OLÚMEN DE AIRE NECESARIO Á LA RESPIRAC[ON y Á LOS APARATOS DE ALUMBRADO.-El aire está formado en volúmenes de 0 ' 21 de oxígeno y

de 0'79 de ázoe, y contiene, además, una cantidad insignificante de ácido carbónico, comprendida entre 4 y 6 diezmilésimas,. y una cantidad de vapor de agua que varía dentro de límites muy extensos, segun las circunstancias atmosféricas. · ., Segun Dumas, el número de aspiracioi;ies, por minuto, es de 16 á r 7, de 0'000315 metros cúbicos cada una, ó '/s de litro aproximadame_nte ; el volúmen de aire ~spirado , por hora, es de 0'33 m 3, y este aire contiene 0'04 de ácido carbónico. Por lo tanto, silarespiracion fuese la única causa de la insalubridad, y si el aire respirado no se mezclase con el aspirado, bastaría '/3 de metro cúbico de aire, por hora, para cada i_n dividuo. Pero, por su organismo, el hombre acciona aún de otro modo para viciar el aire que le rq_dea, esto es, por la transpiraci0n pulmonar y cutánea. Los vapores que emite se disuelven en el aire, y, como van acompañados siempre de materias orgánicas, le comunican mal olor, siendo esta la causa más poderosa de la insalubridad. Segun esto, es muy conveniente tomar, como dó~is de aire, por individuo y por hora, el volúmen necesario para disolver el vapor de agua resultante de la transpiracion. Varios son los experimentos que se han

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

181

hecho para determinar el peso del vapor ·de hora. Según Dumas; un hombre, en las conagua resultante de la transpiracion cutánea y diciones ordinarias; consume por hora, debipulmonar, cuyas cifras obtenidas varían entre do á su respiracion, una c:;i.ntidad de carbono 45 y 7i gramos. El término medio obtenido y de hidrógeno equivalente á ro gramos de . por Barral es de 50 gramos. Se comprende fá- carbono: suponiendo la combustion de un cilmente la diferencia de los resultados, con- gramo de hidrógeno, como el equiv~lente del siderando la variedád de circunstancias que hidrógeno en carbono es 3'.33 gr, se consumiinfluyen en fa .transpiracion de los hombres, _rán 6'66 gr de carbono, que producen 1'805 m·: 0'024 metros cúbicos de ácido caraunque se consideren en estado de réposo. 0'00666 ·bónico; y una ventilacion de 7 y de r r meUn metro cúbico q.e aire saturado á 15º contros· cúbicos, por hora, eleva la proporcion de tiene, á poca diferencia, r 3 gramos de vapor ácido carbónico en el aire á o'oor 7 y 0'0011 : ·de agua; si el aire estuviese á mitad•saturado, Hemos dicho ya qu~ el aire contiene, en el volúmen de aire de ventilacion del:5eria peso, de 4 á _6- diezmilésimas, y, por consiestar comprendido entre 45 : 6'5 6'92 meguiente, en volúmen, de 3 á 4 diezmilésimas tros cúbicos y 77 : 6'5 = n'84 metros cúbi:: cos. Estos serian los límites. en que debería · de ácido carbónico, cuya proporcion se eleva encontrarse la dósis de ventilacion si el _aire .en los lugares habitados. Así, por la mafí.ana, que _arrastra los productos de la respiraciori en un dormitorio, se le ha 'e ncontrado igual y de la transpiracion saliese para dar entrada á 0'0048 en peso; en una sala llena 'de alumal aire nuevo, sin mezclarse con él, lo· cual nos, fué de 0'0072; _en un vagon de ferrocarse obtendría haciendo entrar el ·aire en la - ril, de 0'0034; en los dormitorios de un conpieza por un gran número de puntos del sueto vento, de 0'0052. Sabiendo que ·cada persona produce por y salir por la parte superior, circunstancias hora 45 gramos de ácido carbónico, es fácil que pueden realizarse en cíertos casos, en calcular el volúmen de aire necesario para los grandes anfiteatros -por ejemplo. Mas, si el caldeo de la pieza se vei~ifica por que la cantidad de ácido e::arbónico .no pase el aire de ventilacion, que penetre por un de 0'02 en peso. Puesto que _r'f de aire, es gran número de orificios practicados en el decir, un metro cúbico de gas, contiene, al suelo ó á una altura cualquiera, este aire sube estado normal, 1'3 X 0'0006 de ácido carbóhácia el techo y baja lu~go por capas sensi- nico, se obtendrá x con la sig uiente ecuacion: ·blemente isotermas hasta los orificios de sax X r':3 X 0'0006 +0'045 , x X 1'3 X 0'002, lida, que deben estar situados cerca del suelo; 24'7om3_ ·de esto resulta que, al ser respirado, se mezcla de donde x El químico Leblanc hizo experimentos múy con los gases y lo3 vapores producidos por la interesantes para pro-bar la influencia del ácido respiracion y la transpiracion durante el tiemcarbónico á altas dósi. s la· atmósfera, haen po transcurrido desde su entrada; luego, nunca será puro, y debe recurr_irse entc,mces á ex- biendo operado en un perro de mucha .talla, perimentos directos para determinar la canti- un cerdo de India, un verderon y funa rana. ·dad de aire que necesita cada individuo. Como Es_tos animales estaban en una pieza perfecfa cantidad de ácido carbónico que se encuen- tamente cerrada, provista de un vidrio para tra en el aire varía proporcionalmente á la poder observar el interior: en la parte supe-ventilacion, si se conoce el efecto producido rior colocó un tubo provisto de agujeros,' por por el aire que contenga distintas dósis de donde se introducia .ácido carbónico puro, ácido carbónico se podrá · deducir de ello el procedente de un aparato para la. fabricacion límite inferior y la cantidad de afre de venti- del agua de Seltz. Al cabo de siete minutos el lacion, suponiendo una mezcla completa del malestar del perro era muy visible; á los r 5 ·· -aire puro y ael aire ya alterado por la respi- minutos sufría muc_h o, en cuyo instante seharacion y la transpiracion. Busquemos en pri- bian consumido diez kilos de ácido sulfúrico; . mer lugar la cantidad de ácido carbónico que transcurridos 25 minutos 1;·e apagó la bujía; á se encuentra en el aire, con un:;i ventilacion los tres cuartos de hora de inyeccion efectiva d~ 7 y de 1J metros cúbk<?s por persona y por . el pájaro y el perro agonizaban y la rana se

•

18.2

' 'i

· . FÍSICA INDUSTRIAL

encontraba extraordinariamente hinchada; la [ durante cierto tiempo, siempre que el nú:mecantidad de ácido carbónico era entonces de ' ro de personas no sea considerable y de per- ' manencia prolongada, excepto en las igle30' 4 por rno. De los experimentos practicadqs 'por Bous- sías, que, por su extraore.inaria capacidad, síngault, Leblanc y ·Peclet, resulta: · basta y aun sobra con el volúmen de aíre Que una ventilacion de 6 metros cú- -que contienen. En todos los casos es conve1. bicos por individuo y por hora es el límite niente calcular este volúm(m para poder deinferior del /cual ·no puede bajarse, cuando el terminar el instante en que .lebe principiar aire de· ventilacion· se mezcla con el aire de la ventilacion. Este volúm-en se emplea siemla pieza y · no existe ninguna causa particular pre útilmente, atendido que, encontrándose de· insalubridad. el aire qúe ha servido á la respiracion, ó que 2. º Que cuándo la· v:entilacion tiene lugar ha estado en contacto con el cuer_p<:>, á.una de abajo arriba, por todos los puntos del sue- _temperatura superior á 30°, tiende á elevarse, · lo ó por muchos orificios muy reunidos, la produciéndose entonces dobles corrientes que_ ventilacion debe ser de 7 á r r metros cúbicos arrastran sucesivamente el aire de la pieza á de aire por persona y por hora. la parte inferior. 3. Que casi siempre existen causas parEstado higrométrico del aire.-El estado ticulares de insalubridad que obligan á elevar higrométrico del aire ejerce una· influencia la cifra de ventilacion, determinada única- muy notable en la transpiracion pulmonar y mente por la experiencia. cutánea. Por la respiracion, la pérdida de va4. º Que el ácido carbónico, debido á la - por de agua es proporcional á la diferencia respiracion, no obra directamente sobre los entre la tension de vapor á 38° y la tension · pulmones, sino que hace disminuir tan sólo la del aire exterior; la pérdida de vapor debida proporcion de oxígeno. á la evaporacion cutánea es tambien sensi5.º Que las cantidades de ácido carbónico blemente. proporcional á esta diferencia, suque el análisis encuentra en el aire, decrecen poniendo que el aire que se encuentra en coná medida que la ventilacion aumenta, sin ser- tacto con la piel toma su temperatura y la le exactamente proporcionales, como debería conserva hasta encontrarse saturado. En este acontecer en idénticas circunstancias, debido caso, á medida que el estado higrométrico del. 'sin duda á que el aire de ventilacion no se disaire sube, estas dos transpiraciones disminutribuye · siempre uniformemente en la pieza. yen, sucediendo 19 contrario cuando el estaInfluencia de los aparatos de alumbrado.- do higrométrico baja. Tales variaciones en la Para apreciar la influencia del alumbrado hé transpiracion deben necesariamente ocas~onar aquí las cantidades de las materias consumí- perturbaciones en las funciones orgánicas. das, por hora, por los aparatos más en uso: Un exceso de desecacion del aire resultante ·de su calefaccion, produce á menudo dolores Bujía . Lámpara de gran mechcr~. Ca,;dela de 6 en libra. de cabeza; por lo tanto, es indispensable que 4.2 gramos. 11 gramos. II gramos. ·el aire no sea ni muy seco ni muy hú:medo: La llama de una bujía se apaga ·cuando el por lo mismo, de.be encontrarse á mitad saaire contiene 4 por rno dé ácido carbónico, y turado, pues, entonces, á 15°, cada metto es probable que la combustion experiinenta cúbico contiene á poca diferencia 6'5 gramos influencias análogas á las que se producen de vapor de agua. Para obtener este resultaen la respiracion; por lo tanto, debe con- do debe mezclarse con el aire destinado á la • tarse con lina ventilacion mínima de 6 me- ventilacion una cantidad suficiente de agua, tr9s cúbicos por bujía y por hora, y con .24 á fin de que contenga la dósis de vapor que metros cúbicos por lámpara de gran meche- se acaba de indicar. ro, para que la combustion se verifique en Atmósferas asfixiantes.-A Leblanc se debuenas condiciones. ben varios experimentos sobre los efectos · Influencia de las dimensiones de las pt'e:f_as. producidos en espacios cerrados, calenta. -Si las piezas tienen una gran altura, el aire dos directamente por la combustion del car·contenido en ell~s bastará á la- respiracion , ·bon; colocado un perro en u.na estancia que 0

•

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTA,B LECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

contenia un hornillo con algunas ascuas cubiertas con carbon nuevo, al cabo de 5 á 6 minutos se produjo llama, principiando entonces el malestar del perro; á los 10 minutos, caia extenuado, muriendo á los 25 minutos. En este instante; una bujia·, que se colocó juntamente con el perro, ardía .aún con el mismo brillo; ro minutos despues de la muerte del perro se apagó la buji~, después de lan. guidecer paulatinamente. ·Analizado _e ntonces el globo de ensayo, que se llenó con el gas ·contenido en la estancia, dió por resultado: Úxígeno .. Ázo'e . . Acido carbónico. Óxido de carbono .. Hidrógeno carbonado.

19' 19

76'_62 4'61 o'54 0'04

Leblanc considera los efectos producidos procedentes de la presencia del óxido de carbono, puesto que, la g.ósis de ácido carbónico es mucho menor que laqueuil perro de igual talla habia soportado en ei experimento anterior, y, segun los experimentos directos, mataba instantáneamente un pájaro á la dósis de 4 á 5 po¡ roo. A los experimentos de Leblanc puede añadirse que en las herrerias que utilizan los gases que salen de los altos hornos, formados principalmente por ázoe y óxido de carboµo, por existir escapes se ha visto caer operarios, desvanecidos pÓr la aspiracion de estos gases, pero recobrar pronto los sentidos al hacerles respirar inmediatamente el· aire puro, siempre que la accion de~ óxidó de carbono no baya sido· prolongada. Las asfixias debidas al áddo cárbónico y al óxido de carbono, tienen caractéres muy <listintos que permiten distinguirlas; por el ácido carbónico, ó, dicho con más • propiedad, por la disminucion en la proporcion de oxígeno, la agonia es larga y convulsiva, mientras que _el óxido de carbono ataca bruscamente y pi:oduce su efecto en un tiempo muy co_rto. CALOR PRODUCIDO POR LA RESPIRACION. -

En el acto de la respiracion se produce una verdadera combustion, que, desprende igual cantidad de calórico que la producida en un calorífico por la éombustion de igual <::anti-. dad de carbono. Segun Duma~, las cantidades de carbo-

183

no y de hidrógeno consumido, por hora, en en el.acto de la respiracion, son equivalentes á 1_0 gramos de carbono; y, por consiguiente, _ el calórico emitido en el mismo tiempo asciende á o'oro X 8000 = 80 unidades. Este es el calor que mantienéél cuerpo humano á una temperatura aproximada de 38º, que compensa la que éste comunica constantemente por radiacion y por contacto á los cuerpos que le rodean; p~ro, hay que advertir que una gran parte de este calor se emplea en formar el vapor producido por la transpiracion cutánea y el que se encuentra en : el aire, que sale . de los pulmon!é!s: y comó , este vapor no se condensa y está arrastrado . por d aire de ventilacion, no se utiliza el calor que contiene; por lo tanto, se le debe de: ducir de la cantidad total. Suponiendo como cifra media 61 gramos, como cantidad de vapor de agua producido, el calor de vaporizacion 'ascenderá á 618 X . 0'061 =37'7, y, por ·consiguiente, la cantidad de calor empleado al caldeo del aire será de 80-37'7 42'3. Debe observarse que · esta cantidad de· calor puede alcanzar 9 metros cúbicos de aire de oº _á 15º. Así, en muchos casos, bastará por sí solo para calentar el aire de ventilacion, con tanto mayor motivo cuanto al calórico calculado deberá añadirse el emitido por- el enfriamiento del vapor de 38° á 15º, que es 23 X 0'47 rn'8r. Para elevar de 1º un metro c(ibico de aire, . se necesitan 0'237 X 1'298 = 0'308 calorías, suponiendo el peso de este volúmen de aire igual á 1'298 k, Por consiguiente, puesto que un hombre desarrolla 130-calorias por hora, por efecto de la respiracion, puede elevar de 1º 130: 0'308 422 metros cúbicos de-airé, ó 42 metros cúbicos de roº; de lo cual se deduce que, si un hombre se encuentra en un espació cuya temperatura sea de 20°, del cual se extraigan 42 metros .cúbicos de aire por hora á la par que se introducell. otros 42 metros cúbicos de aire exterior ·á 10°, la temperatura del· espacio se maiifendrá á 20° por el solo efecto de la respiracion de este individuo, : prescindiendo del enfriamiento ocas1onado · por la transmision de calórico que se efectúa á través de las paredes. Si, por lo contrario, el · aire afluyente se encontrase á una tempera¡ tura inferior á 10º, la del espacio tendería.

FÍSICA INDUSTRIAL

á bajar, debiéndose calentar entonces el aire de ventilacion. Invei:samente: si el aire de ventilacion estuviese á _u na temperatura superior á 1·0°, el volúmen de 42 metros cúbicos no seria suficiente para impedir la s,1.ibida de la temperatura del espacio, viéndose cop. ello que una_ventilacion de verano, de 44 metros cúbicos, en una sala de te.atro por ejemplo, rodeada de _éorredores que la preservan del en10º, friamiento y _cuyo aire no alcanza á no seria suficiente: así, pues, partiendo de esta hipótesis, el volúmen de aire no puede bajar· él.e 5o·á '60 metros cúbicos por hora y por espectador. ·

Métodos de ventila.oion.

Se distinguen dos -clases de ventilacicin, á saber_: la ventilacion natural y la ventilacion artificial. · La primera es_la que se efectúa por la di.ferencia -de temperatura que existe habitualmente entre el aire e~terior y el aire de los sitios habitados. Este sistema no · producirá nurn;a resultados satisfactorios, por cuanto sus efectos dependen de las variaciones de la temperatura exterior: tanto es así que en verano sus efectos son casi nulos, por más que estén abiertas todas las ventanas. · La ventilacion artificial . puede producirse por el calor ó por una accion mecánica, que, generalmente, es debida á ventiladores, ya aspirantes ó impelentes . . VENTILACION NATURAL.- Ventilacion natural por las juntas de las puertas y v~ntanas. ~El aire frío se introduce por debajo y el aire caliente sale por arriba. Para comprobarlo se emplea un globo lleno de·-gas hidrógeno, convenientemente lastradó. Tambien se em-. plea la llama de una bujia. El volúmen de aire que se renueva de este modo puede ·ser muy considerable, siempre que afluya con un_fl velocidad de 20 centímetros por segundo. Así, una ventana de grandes dini"ensiones dá á veces acceso á unos 1,500 metros cúbicos de aire por hora. La renovacion del aire por las paredes se produce tambien, pero no es tan ventajosa como la que se produce por las rendijas. Aparatos para la ventilaclon natura_l.-1=,a renovacion del aire por las_r~ndijas es irre-

gular siempre, por cuanto el aire escapa sin arrastrar consigo el viciado; por lo tanto, se establecerán aberturas especiales para la entrada dél aire puro y la salida del viciado. · Abertu_ras de entrada y de evacuacion del aire.-Para obtener una renovacion regular de aire en una sala, se requiere que las aberturas de acceso· del aire puro y las de salida del aire viciado estén dispuestas de -tal modo, que, la corriente de aire,puro barra toda la sala y expela el aire alterado por la respiracion. Descripcion de algunos aparatos para la ventilaclon natural: - El más)encillo de todos es el postigtf,illo que se adªpta á la parte superior de las ventanas y de la_s puertas. . Se emplean igualmente dos chimeneas concéntricas, separadas por un int.é rvalo (fig: 246). El tubo interior es más largo y pasa del tubo exterior, por arriba y por abajo, más allá de s:u salida á través del techo, . para servir de soporte a un disco circular cercano á éste, el cual muerde la entráda del tubo exterior. Esta disposicion funciona del modo siguiente: á causa de su longitud, el tubo interior determina la salida del -aire vici_a do; el tubo exterior forma el cond11cto de entrada del aire puro; y, encontr~ndo la corriente descendente : el plato circular, se dirige en señtldo del techo ' y se dispersa. ·· Otra disposicion consiste en una chimenea · cuadrada, dividida en cuatro partes A,A,B, B, por tabiques diagonales (fig. 247). Estos diafragmas se prolongan más allá del conducto, que remata en persianas en vez <le paredes !)lanas. Con estos diafragmas y pe_r-. sianas, no tan sólo se aseguran en tiem.pos ordinarios. las corrientes ascendentes y descendentes, si que tambien se utiliza la accion de : los movimJentos del aire exterior~ que, al chocar con las persianas á un áng~lo cualquiera, produce uf!.a coffiente de aire ascendente ·de extraccion. Cuando una ¡::¡uerta ó ventana está, abierta, los aparatos descritos se convierten simplemente en conductos de extraccion y dejan de surn,inistrar aire puro. lnversainente, si en la cámara existe una aspiracion enérgica hácia una chimenea con fuego abierto y las puertas y ventanas están cerradas, entonces se _ transforman ei+ orificios de introduccion. l . Tambien se emplea á veces una comisa

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

185 -

hueca,· que comunica con el aire exterior por Llamando D á la densidad del aire atmosuna ó varias aberturas (fig. 248). El aire aspi- férico, d á la del aire de,la sala y de la chimerado penetra en la sala á través cie una hen- nea de ventilacio'n, H la altura de la chimedidura estrecha practicada en la parte supe- nea á partir del techo, h.' la altura del techo rior de la cornisa. · sobre el orificio de entrada del aire en ia sala, Disposicion adoptada enlnglaterra.-Nom- orificio que supondremos colocado cerca del brada por el gobierno inglés una comision suelo; es evidente que la presion que tenderá que estudiara el medio de ventilar los cuarte- á hac_e r entrar el_aire en la sala será D(H+h'), les, adoptó la disposicion siguiente: enfrente y la presion ejercida de arriba abajo, en sendel orificio de entrada del aire exterior se dis- tido contrario, será de (H h'). La diferen. pone, cerca del techo, una cornisa ~e · madera cia (D ~ d) (H h.') representará, por consivarias vec~s mayor en longitud, que, se dirige guiente, la presion motriz por unidad de hácia el techo inclinada á 45º (fig. 249). La superficie. parte superior de la cornisa está formada por Conocido esto, si llamamos A á la seccioi1 una placa de zinc Z Z, provista de agujeros y D' al diámetro de la chimenea, supuesta cide 3 á 4 mHímetros de diámetro. La parte de líndrica, V á la velocidad media, t á la temesta pared, inmediatarr;iente encima del orifi- peratura- de la sala y del aire en la chimenea, cio, es de madera para cambiar mejor la di- T á la temperatura exterior, a al. coeficiente reccion de la corriente. La suma de las áreas de dilatacion de los gases, g la velocidad que de los orificios de la: plancha de zinc, á través adquiere al cabo de un segundo de caída un de los cuales penetra el aire en la safa, es cuerpo que caiga en el vacío, A, la seccion igual á 6 ú 8 veces la del orificio de acceso de salida de la chimenea, m, el coeficiente del aire exterior. La cornisa está ·cerrada por de contraccion de la vena fluida, m el coeficada uno de sus extremos por medio de una ciente de contraccion á la entrada de · la chiplancha A. menea, y, por último, ~ el coeficiente de roce, Para introducir á los varios pisos roo mese tendrá: tros cúbicos de aire por hora, los orificios de 2ga (t= T) (H + h') ' entrada debian t~ner las dimensione~ si:i+_a_T_~--U= ~ _ guientes:

En el r. •r piso. · .

foo

2.º

3.er -

3'50 decímetros cúbicos

. •

4 5°

Las chimeneas que aspiran el aire viciado son de igual seccion. En este sistema de ventilacion las tomas de aire viciado deben yerificarse cerca del techo, del lado opuesto á los orificios de entrada. De este modo, el aire frio introducido baja primero hasta el suelo, se q~lienta y penetra luego en las chimeneas de evacuacion. En verano este sistema produce una ventilacion de r 7 á 20 metros cúbicos por hora y· por individuo; en invierno, despues de calentado el cuartel, la ventilacion alcanzaba 34 y hasta J 5 metros cúbicos por individuo. Caso de una sala azslada.-Supongamos que en una sala aislada se quiera .colocar un tubo de ventilacion. Supongamos, en primer lugar, que es.te tubo se coloqu~ en la .parte superior del techo, com? indica la fig. 250. FÍSICA ·. IND.

(

~ ) ll

m,A,

+ (-l m

I )' + 8 ~D1; .

Si, por ejemplo, se trata de un tubo cilíndrico,_de zinc, vertical, de altura H = 7 metros, de diámetro D '·==o'. 25m, quy terrpina libremente sin codos, contracciones ·ni dilatacion·es; y suponemos h' = 5m, t=20º, T=10-0, m,= r, m =0'60, A= A, ~=0'0032, se tendrá ·

- - )t + (-1nI -

A ( m, A,

)

t+ 8~ H - = 2 ,1608·' D'

y, por último, U= 1'9om. El volúmen de aire expelido, por segundo, ·será: Q=A U=o'o932m 3 , que, porhora,representa un volúmen de 335'84 metros cúbi-. cos. Por consiguiente, si. 1a sala estuviese ocupada por ro personas, cada una d·e ellas .. T, II.-24

FÍSICA INDUSTRIAL

186

recibiria 33'584 metros cúbicos de aire por · hora. Si el tubo de evacuacion del aire se prolongase pasta el nivel del orificio de entrada, la velocidad U se obtendria por medio de la ecuacion anterior sustituyendo el denominador H con (H h'), en cuyo caso, la velocidad de salida seria algo menor, é igual .solamente á 1'763m; por lo tañto, Q seria igual á o'o866m ;. El volúmen de aire renovado por hora quedaria reducido á 311 '76m ª. Con todo, debemos observar que, si, en el caso actual, la potencia de la ventilacion es casi igual á la del caso anterior, no sucede lo mismo con respecto á la renovacion verdadera del aire de la sala. Será más completa y uniforme, y las temperaturas de la sala más iguales á distintas alturas, si se coloca la parte inferior del tubo ó el orificio de entrada á corta distancia del suelo; por cuyo motivo, en los sitios habitados es conveniente colocar orificios de evacuacion al nivel del suelo. Con relacion á los establos y cuadras, como el gas amoníaco que se forma por la descomposicio n de las basuras, y que conviene mucho hacer salir, sólo tiene una densidad de 0'5967 á oº, tiende naturafmente á ocupar la parte superior de las cuadras, mientras que el gas ácido carbónico, cuya densidad es de 1'524 á o°, ó de 1'418 á 20°, tiende por lo contrario á permanecer bajo, así como tambien el hidrógeno sulfurado, cuya densidad es de i'195. Si es cierto, como pretenden los ganaderos, ql1,e, tanto para- 1~ produccion de la leche c'omo para engordar los animales, es bueno mantenerles en cierto estado de aletargamiento, se comprende que, en los establos, el orificio de extraccion del aire se deberá colocar en la parte superior para que salgan los gases amoniacales y permanezca cerca del suelo cierta cantidad de ácido carbónico. Lo contrario se verificará en las cuadras cuyos caballos deban conservar todo su , vigor. Estas sencillas disposicíones que sé aq1.ban de indicar pueden aplicarse muy bien á las salas ocupadas sólo tempotalmen te por -un reducido nú11:1ero de personas, tales como las salas de lectura de las bibliotecas. Para ello, si es en verano, se hace arder uno ó más mecheros de gas ó una lámpara de petróleo en

el tubo de aspiracion, para lo cual, se determina fácilmente el volúmen de gas ó de aceite mineral que se debe quemar por hora, para obtener la misma ventilacion que en invierno, ó una ventilacion mayor si así conviene. Si, por ejemplo, se necesitan 311 metros cúbicos de aire por hora, se deberán quemar durante este tiempo 3rr'oX308'ro - = O, I 59 ----,,---~· 6000

ó 159 litros de gas, ·puesto que, un litro de gas desprende por su com bustion unas 6 calorias, y para calentar de un grado 1 "' 3 de aire se necesitan 1'298 X 0'237 = 0'308 calorías. Este cálculo supone que el aire exterior se encuentra á roº y el ~e la chimenea á 20°, de suerte que este gas sólo debe calentarse de roº por la com bustion del gas del al:umbrado. Supone igualmente que el tubo de evacuacion se prolonga hasta el nivel del suelo, lo cual ciertamente no es ventajoso para la ventilacion de verano. Por último, supone que se prescinde del calórico emitido por las personas que se encuentran en el local. Por lo demás, el cálculo del volúmen de gas que deba quemarse. se presenta igual que si se atendiese á esta emision de calórico, y si la chimenea arrancase ' del techo en vez de verificarlo desde el suelo. De todos modos, para obtener una renovacion conveniente de . aire en la sala, en _vez de un solo tubo de evacuacion se colocarán, segun la extension del local, dos, tres y más aun, situados lejos de las aberturas de entrada del aire exterior. En invierno, el aire que se tome del exterior deberá calentarse antes de repartirlo en ·la sala, haciéndolo pasar, por ejemplo, por una !;!Stufa. Este aire caliente subirá hácia el techo é irá bajando luego, á medida que se _e nfríe, para ir á para-i· despues á la chimenea de aspiracion, arrastrando consigo el ácido .carbónicd y los demás productos formados por la . estancia de las personas g_ue ocupan el local. Ventt'lact'on de verano.-Tod o cuanto se acaba de decii: se refiere á la ventilacion de invierno. En verano las condiciones son diferentes. El aire exterior que penetra en la sala es, en gen;eral, más frio que el aire interior, y, por consiguiente, si los orificios de

CALDEO Y VENTILACION DE

LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES

PÚBLICOS

187

evacuacion se éolocasen bajos, el aire intro- de la sala, cerca del techo y cubiertos con una ducido s;:ildria sin expeler el viciado. Para cornisa de vidrio esmerilado. Las figs. 254 y. 255 se refieren á un alumevitarlo es indispensable que los orificios de acceso estén bajos y los de evacuacion en el brado por medio de arañas colocadas en el techo, para lo cual, basta que cada tubo de pendolon de la cubierta. Los gases quem;:idos ev~cuacion tenga d-os abertun¡s; una debajo pasan por un tubo que atraviesa el pendolon para la ventilacion de in-yierno, y la otra cerca y son evacuados ,directamente al exterior (figu• ra 254), ó bien van á parará unos conductos, del techo para la ventilacion d,e verano. Durante esta época, la ventilacion por meque, despues de hab(;!r recorrido las cubiertl¡ls, dio del gas permite, además, mantener du- bajan nuevamente .á los conductos .i nferiores rante el día una temperatura de 5 á 8º menos geqerales de aspirncion. (fig. 255). De los experimentos practicados en el Conque la exterior, introduciendo para ello el aire de los sótanos, si los hay, en sustitucion del servatorio de Artes y Oficios de París se de- · ' duce qúe la pérdida de luz por ,transmision, á que se extrae. DÚpost'ciones para ·producir la ve11Uladon través del vidrio ordinario, es de 24 por roo, de las salas empleando mecheros de gas del y, á través del vidrio.esmerilado, de 34 por roo; alumbrado.-HacieBdo arder en una chime- cuya pérdida depende tambien de otras cirnea de aspiracion -uno Q varios mecheros de cunstancias, en particular de la a~tura del gas, se puede producir, en verano, cómo he- local. mos visto, una ventilacion suficiente para saV en tilacion artificial. near una sala ocupada por un reducido núVENTILACION POR EL CALÓRICO.-La ventimero de personas. En invierno se puede utilizar igualmente lacion por el calórico puede producirse de el calórico emitido por los mecheros de gas .dos modos: 1 .º, por la calefaccion del aire que que se emplean en el alumbrado, en particu- debe salir; 2. por la calefaccion del aireanlar cuando el número de éstos es considha- tes de su entrada. El primer sistema se emplea cuando el aire ble, como sucede en las grandes salas de reunion, en los teatros y otros edificios públi- aspirado no se utiliza para la calefaccion; el segundo sistema, cuando el aire viciado .debe cos. Con ello se obtienen tres ventajas: r. ª Se desalojan de las salas los prqductos sustituirse con el aire calentado, en cuyo.último caso se presentan circl!nstancias en las de la combustion. Se _impide la mucha elevacion de tem- cuales el aire viciado debe recibir,, además, al 2. ª salir, cierto aumento de temperatura para que peratura. · ' 3.' Se sanean los locales, utilizando el ca~ tenga suficiente velocidad. Si el aire expulsado debe calentarse en la lórico de los productos de la combustion del chimenea de aspiracion y la ventilacion debe gas para la extraccion del aire viciado . . La fig. 251 representa la disposicion que se ,ser suave, bastará colocar una lámpara de dopuede adoptar en la sala -de un teatrc. Sobre ble corriente de aire en la chimenea; mas, si el tubo de vidrio que rodea la llama se coloca la ventilacion debe ser enérgica, se e1npleaun embudo de metal, que, conduce los pro- rán hogares alimentados por combustibles de ductos de la combustion á una chimenea de bajo precio, que, son casi siempre combustibles sólidos. Como el aire aspirado debe teaspiracion del aire viciado. ner pocos grados, de 20 á 40, la rejilla sólo Las figs. 252, 253, 254 y 255 representan <lis posiciones indicadas por ·el Dr. Reid, para debe ocupar una pequeña parte de la -seccion el caso en que el alumbrado se verifique zeni- de la chimenea, c_o mo representa la fig. 256. talmente. En la fig. 252 arde ei gas el). coro- B es la chimenea, D la puerta del hogar, que nas de mecheros, provistas de r~flectores có- se püede alimentar con el aire de . ventilacion nicos dispue-=stos en un techo de vidrio pin- ó con el aire exterior-, abriendo la puerta del cenicero E. Esta disposicion tiene el inconvetado, . La fig. ·253 es la disposicion que se adopta niente de reducir la chimenea, lo cual se evien el caso de mecheros colocados alrededor ta colocando el hogar al exterior de la misma, 0

188

FÍSICA INDUSTRIAL ·

como indica la fig. 257. En ambos sistemas se produciria un mal Elfecto si -la chimenea no fuese muy alta, pues, rozando el aire caliente con una de las paredes de la chimenea, la temperatura empieza á ser uniforme á cierta · altura, de suerte que, si ésta no fuese muy alta se esta bleceria en la cara opuesta una corriente descendente que debilitaria el tiraje. Esto se corrige tambien colocando la rejilla en el e-entro de la chimenea, y, mejor aun, introduciendo el aire ca¡Iiente de un hogar lateral por un tubo de fundicion de forma anu- · lar, provisto de orificios para que repartan el aire en toda la seccion. Cqmo la velocidad de salida .del aire por la chimenea es muy poca, se debe colocar una mitra fija ó móvil, empleándose comunmente la disposicion de la fig. 257. La chimenea d~be ser de fábrica, de gran espesor, para que la cantidad de cal0rico contenido en la obra regularice el tiraje á pesar de las variaciones de intensidad dél hogar. Calefaccion y saneamiento de las habitaciones particulares.

La calefaccion de_las habitaciones particulares se puede efectuar empleando varios métodos, que vamos á examinar sucesivamente. . CALEFACCION POR EL SUELO.-Las h abitacione de los magnates y. ricos de Roma se calentaban antiguamente por elsutlo, ácuyo fin, . colocaban debajo tubos de tierra cocida, por los cuales pasaba aire caliente procedente de un hogar especial. Este aire pasaba luego por conductos verticales, colocados en el interior de las paredes, que se considera estaban destinados á calentar las habitaciones superiores, pero que sin duda servian al propio tiempo de chimeneas, puesto que, sin ellas no hubiera podido· efectuarse la combustion. Estos aparatos tenian el nombre de nypocaustrum. En China, en donde el frio es muy intenso en invierno, se emplean disposiciones análogas en las habitaciones de la clase rica. Este sistema de calefaccion no se emplea en Europa por ofrecer muy pocas ~entajas, á causa de la gran cántidad de calórico transmitido á través del suelo, aparte de que la existencia de sótanos en casi todas las construcciones modernas le haria imposible de establecer.

CALEFACCION DIRECT~ POR L,A COMBUSTION,_:_

La combustion directa del carbon _. ó de la m~dera -en los bras_eros que se colocan en el centro de las piezas, fué, puede decirse, el primer medio de calefaccion que se utilizó ya en épocas primitivas, por los griegos y romanos, empleándolo a~n hoy dia y quemando especialmente los ¡esíduos pulverulentos de las carbonerias. Este sistema es extraordinariamente sencill.o y utiliza todo el calórico desprendido por el combustible·; pero, tiene el inconveniente de que los productos de la combustion, desagradable~ siempre á las personas y perjudiciales á los J1?.Uebles y objetos de las habitaciones, pueden ser, además, muy peligrosos para la salud. Observemos, en efecto, que. al arder 1 kilógramo de carbon convierte en ácido carbó nico todo el oxígeno contenido ·en 9 ·metros cúbicos de aire, y este aire deja de ser bueno para la respiracion al contener un tercio solamente del oxígeno normal; de lo cual resulta que la · combustion de I kilógramo de carbon hace irrespirables 27 metros cúbicos de aire. Así, el aire de una habitacion cerra4 metrós de longitud por 4 de-ancha da, y 3 de alta, esto es, de 48 metros cúbicos de capacidad, será impropio á la respiracion y asfixiará á las personas que lo respiren, por la combustíon de 1'74 k de carbon. Es cierto que el exceso de temperatura obligará á abrir las ventanas y bakones, por cuanto, suponiendo que no existan causas ae enfriámiento, esta cantidad de carbon eleva la temperatura del aire de

•ae

1'74 X 7000 X 1'3 X 0'2377

820º.

En realidad, el peligro resulta tán sólo de la produccion del óxido de c-arbono, que, comunica mucho menos calor y cuya accion yn·la economia animal es mucho más deletérea. Como ya hemos visto, los experimentos de Leblanc demuestran que la presencia de una centésima de_ este gas en el airé basta para ocasionar la muerte á los anim~les de sangre caliente. La calefaccion directa del aire p6r la com bustion debe necesariamente proscribirse, siempre que deban permanecer las personas en el aire calentado; pero, se puede aplicar sin

CALDEO

VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES

PÚBLICOS

189

inconveniente para la caleJaccion de las an- fort añadiendo una pantalla móvil que pertesalas y demás piezas en donde el contí- mitía graduar el orificio de .entrada del aire, nuo abrir y cerrar de las puertas produzca obligándole á pasar por el com hustible, lo cual sucesivamente una renovacion de aire que es muy ventajoso al prender el fuego. Las atenúe los peligros que se han seüalado: no figs. 259 y 260 representan el alzado y_ una obstante, conviene siempre que la combus- seccion horizontal de esta chill}enea: la figution en los braseros no produzca óxido de ra 261 repres·e nta los detalles de la pantalla ó carbono, á cuyo fin, se debe utilizar el carbon puerta móvil, compuesta de tres planchas de ya convertido en áscua, cuya combustion se palastro delgadas, que ·resbalan unas sobre efectúa principalmente en la superficie de una otras en unas ranuras; .la de la parte supemanera lenta y contínua. . rior está sostenida por su centro con una caCALEFACCION DEL AIRE DE LAS HABIT AC:IONES . dena que pasa por dos poleas y termina en l;'OR LA RADIACION DEL COMBUSTIBLE EN LOS HO- contra peso. · GARES ABIERTOS. - Al principio se daba á la Chimeneas para hulla y cok.-La fig. 262 abertura de los hogares descubiertos y de los ofrece el alzado y seccion de· una éhimenea conductos de humo dimensiones excesivas, para hulla. Los lados están dispuestos como que s_e conservan aún hoy en las casas de cam- en la chimenea de Lhomond y el combustiqle pó: esto presenta grandes inconvenientes, arde en una rejilla formada- por barrotes, fijos puesto que, la ventilacion excesiva y la masa en los muros laterales del hogar: a b .e d es de aire frio que afluye del exterior hácia el ho- una pantalla, rrióvil al rededor del eje e d. En gar enfrian de tal modo la pie•za que sólo se esta disposicion, el aire _aspirado por la chiutqiza una parte insignificant~ del calórico. menea pasa necesariamente á través del hoComo la velocidqd del aire en la chimenea es gar, aumentándose mucho el-tiraje. Tambien muy escasa, á causa de su gran diámetro y de se emplean pantallas independientes de la la temperatura poco elevada del humo, el ti- boca de la chimenea, que, se cuelgan á un raje sufre la influ~ncia directa de los vientos, gancho al encender el combustible, U na de las buenas disposiciones deun hoestableciéndose casi siempre dos corrientes opuestas en .la chimenea, que, ocasionan la gar para hulla consiste en colocar la rejilla voentrada del humo en la pieza; tambien puede ladiza, para utilizar la mayo·r cantidad posible acontecer que, aumentando la cantidad de aire de calórico radiado. Se dá direccion al humo aspirado con la actividad de la c~mbustion, se por medio de un casquete semi-esférico. Tambien pueden quemarse la hulla y el cok enfríe tanto-·más la pieza cuanto mayor sea el en una chimenea ordinaria de Lbomond, coconsurrio de combustible. Rumfort fué el primero que mejoró la locando en vez de morillo una rejilla de funconstruccion de las chimeneas reduciendo á dicion de forma apropiada. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LAS CHI0'12 ó 0'15 el ancho del orificio de comunicacion con ellas; disminuyó tambien de la mi- MENEAS DE HA BIT ACION. - La calefaccion por tad, aproximadament€, la profundidad del medio de hogares descubiertos tiene por obhogar, cerrándolo lateralmente con muros in jeto dejar ver el fuego; por lo tanto, se sacriclinados á 45°. Estos hogares (fig. 258)sonp:rn- .fica una gran cantidad de combustible: pero cho más ventajosos que los antiguos: la canti- siempre, bajo este punto de vista, es convedad de aire sin quemar que pasa por el tubo niente producir la calefaccion y ventilacion de humo no es tan baja. El aire caliente se recon la mayor economía posible. La primera condicion que debe llenarse, parte más uniform·emente en el conducto, y, corno la abertura sUperior ó boca es tambien sea cual fuere el sistema y las condiciones de más estrecha, no_se producen las dobles corlas chimeneas, es asegurar la renovacion del rientes que hemos dicho; la combustion es aire en las J_:íiezas calentadas. Generalmente más viva puesto que la velocidad d.e l aire en no se toma ninguna precall;cion particular con el orificio es mayor y el aire de aspiracion se este objeto, y el aire necesario á la corribustion se introduce por las rendijas de las puerdirige mejor al combustible ó á la llama. Lhomond modificó la -disposicion de Rum- tas y ventanas, resultando de ello corrientes

190

FÍSICA INDUSTRIAL

de aire frío desagradables siempre é 1rregulares, que, pueden ser causa de que el humo se esparrame por la pieza. Lo mejor es graduar la ventilacion po:r medio de aberturas espedales, de dim•ensiones apropiadas, que, tomen directain~nte el aire del exterior, y, bajo el punto de vista de la salubridad y de la economia, es conveniente cal!:!ntar el aire antes deintroducirlo enla habitaciones. En cuanto á las dimensiones de los tubos de chimenea es materialmente imposible poderlas fijar con exactitud. De los experimentos practicados con varias chimeneas, dispuestas casi todas del modo más favorable para disminuir el volúmen de aire que escapa á la combustion, se puede deducir, en general, que en los hogares descubiertos el volúmen de aire aspirado es, á lo menos, de roo metro;, cúbicos por kilógramo de madera; habiéndose observado que una abertura circular, de 0'20 á 0'25 de diámetro, basta casi siempre para el tubo de chimenea y, con mayor motivo, para el t~bo de aspiracion. En habitadones muy grandes, destir¡adas á un gran número de personas, la ventilacion debe ser enérgica, y entonces el tubo debe tener 0'25 metros cuadrados de seccion. El único calor que se utiliza en los hogares ordinarios es el p·rocedente de la radiacion; por consiguiente, los combustibles más ventajosos son los que tengan gran potencia radiante, como son la hulla y el cok en preferencia á la madera. La abertura de una chimenea ordinaria deja pasar á la habitacion, aproximadamente, la cuarta parte de la cantidad total de calórico radiado por los combustibles; y, como éste calórico es 0'25 del total emitido por la madera, y 0'50 por el car bon de madera, la hulla y el cok, el calórico utilizado en los hogares igual á 0'66 desc.ubiertos es, á poca diferencia, 1 del total, con relacion á la madera, y o' 12 para los otros tres combustibles. Se ha tratado de perfeccionar las chimeneas, ya facilitando el acceso del aire, ya utilizando mayor cantidad de calórico radiado y una parte del contenido en los gases calientes; así pues, e;xpondremos sucintamente· los principales tipos que se han aplicado con este objeto. Chimeneas con ventosas.-La fig. 263 re-

presenta la secciori de un sistema de chime- ~ nea que ya no se emplea hoy día, pero que, al aparecer, estuvo muy en boga, á la cual se llamó chimenea con ventosas. Un conductor, construido en el interior del tubo de chimenea, absorbe el aire exterior y lo arroja al 1 ante-hogar entre las dos pantallas fijas A B y A• B'; pero, esta disposicion tiene el inconveniente de producir una corriente de aire frio é incómodo delante de la chimenea, sin que resuelva la ven.tilacion de Ia sala. Chimeneas de hogar móvil.-Para aumentar el efecto útil del cornbustiole, Bronzal construyó el hogar móvil, comp.uesto de una caja' de fundicion (fig. 264) abierta· por el frente, asentada.sobre cuatro poleitas, y eolocada en una chimenea ordinaria de Lhomond. Para encender el fuego se introduce la c~ja en la chimenea, se baja la pantalla y, cuando la combustion y el tiraje funcionan bien, se la adelanta hácia el interior de la pieza para utilizar cuanto se pueda el calórico radiado, sin que resulte humo. Estos aparatos dieron muy buenos resultados á causa de su buena construccion; mas, luego, por cuestiones de economia, 'se descuidaron algun tanto y ésta ha sido la causa de que hayan caído en desuso.

Hogares descubiertos de llama invertt'da. -La ílg. 265 representa un aparato en el cual el hogar está 'completamente al descubierto. En vez de subir la llama verticalmente, se invierte en el interior de la masa en ignicion y todo et aire aspirado atraviesa el hogar. Para resolver el tiraje se quema cierta cantidad de combustible pequeño por la puerta colocada sobre la rejilla. Estos hogares utilizan mucho calórico radiado al encontrarse toda Ja masa en ignicion, y exigen un tiraje muy potente, que, casi nunca impide el desprendi°miento de humo por la pieza. La disposicion representada en esta figura se indica como principio, de suerte que para emplearla deberia sufrir muchas modificaciones. La fig. 266 representa la chimenea ideada por Millet, en la cual la combustion se verifica con llama invertida, en .condiciones tales que impiden se introduzca el humo en la sala. El aparato se compone de tres placas metálicas A B CD, abe d, en las cuales los lados mayores A B, B C, CD se unen á las

CALDEO

VENTILACION DE

ios

ESTABLECIM'IENTOS PARÍICULARES

PÚBLICOS

191

jambas y ~intel de la chimenea; los otros tres munica por abajo con el aire exterfor y por lados constituyen el marco del hogar: el arriba con la habitacion. Calentándose el aire equilibrio se obtiene en todas las posiciones en él, determina- una aspiracion tanto más por medio del contrapeso P, .fijo á una cade- enérgica cuanto mayor sea la altura del calona; h i es una abertura practicada en ljt pan- . rífero y más alta la temperatura, de suerte talla del fondo, que, se cierra más ó menos que penetra contínuamente en la pieza una por medio del postiguito k l, cuya posicion se corriente de aire productora de la ventilacion, gradúa con el mango m, móvil alrededor del que se utiliza luego para la combustion. Con y que, en el punto p lleva esta clase de chimeneas ya no existe el ineje horizontal dos cadenas, las cuales, despues de haberse ar- conveniente del aire fri"o aspirado por las rollado la una en la polea q, soporta el peso rendijas de las puertas y ventanas; tampoco r, arrollándose la otra en las poleas s y t y producen humo las chimeneas por penetrar uniéndose á un gancho fijo al postiguito. El más fácilmente el aire en las habitaciones. contrapeso r sirve para dar á éste la posicion Una de las condiciones más importantes que que se desee. El humo pasa por el orificio h i deben llenarse en tpdos estos aparatos estriba y por una hendidura practicada en la parte en que el limpiado sea fácil, así como tambien superior de la caja, que, disminuye de seccion el deshollinado. Entre las disposicion~s más sencillas figura á medida que se sube la pantallá, sin que en de colocar en la chimenea (fig. 268) un la completamente. cerrarse ningun caso pueda Con este arreglo, la combustion es más tubo de plancha, cuya parte inferior comunicompleta que en los aparatos ordinarios, sin que con el aire exterior y termine por arriba, que por esto sea una ventaja para la calefac- . al interior de la pieza, cerca del techo. La ascion, por cuánto la llama se produce en gran piracion del aire exterior se verifica de un parte en la chimenea. La combustion se efec- modo muy activo; pero, como para el deshotúa con una cantidad de aire un poco supe- llinado es necesario desmontar el_ tubo, se rior á la necesaria, lo cual ofrece un gran in- evita esto haciendo pasar el humo por el tubo conven~ente, puesto que, las habitaciones no y el aire exterior por su alrededor, como reson · verdaderamente salubres más que con presenta la fig. 269. Estas disposiciones exigen una gran seccion una gran ventilacion. Además, es muy raro de chimenea y necesitan, por lo tanto, consque no se esparrame humo por la pieza. Posteriormente, Tonet-Chambot constru- trucciones accesorias engorrosas casi siempre. El hogar de chimenea de Leras (figura 270) yó un aparato (fig. 267) basado en el mism.o muy poca profurididad y, por lo mismo, tiene quepara principio _que el anterior, dispuesto mar hulla, produciéndose una llama invertida la radiacion del combustible es muy extensa. que penetra en la chimenea á través de una El aire exterior circula primeramente por desegunda rejilla G, cuya seccion se gradúa con bajo del ara de la chimenea; por detrás luego, un registro H mantenido con contrapeso. En- y, por último, á ambos lados, para salir por cima del hogar hay dos aberturas, cerradas en varias bocas colocadas lateralmente. La aberparte por dos registros C, C, por donde salen tura del hogár está rodeada por una placa de los productos de la combustion que no hayan cobre pulimentado para aumentar el calórico sido aspirados por la rejilla G. Este aparato radiado. Si bien en conjunto -se resuelve cierno ofrece más ventajas que el de Millet; pero, ta economia, en cambio, es fácil que se esparpara que no se pierda el calórico de los ga- rame el humo por la habitacion. La fig. 271 representa un alzado y seccion ses calientes, Tonet-Chambor añade un tubo B B, de plancha, por el cual circula el aire exde otro aparato para utilizar una parte del caterior y se calienta antes de entrar en la ha- l9rico del aire caliente. Debajo del hogar se encuent.ra una caja rectangular,· de fundicion bitacion. Hogares descubiertos, en los cuales se uti- ó de plancha, de poca altura, que comunica lir_a una parte del calórico del aire caliente. con un conducto que vá á parar al .exterior. -En estos aparatos existe, detrás-y alrededor En la parte posterior de la caja están fijos del hogar, una especie de calorífero, que, co- cierto número de tubos acodados, que, teri:ni-

FÍSICA INDUSTRIAL

,,,

nan en otra c;:aja colocada encima del marco del hogar, cerrado anteriormente con una tela metálica. El aire caliente pasa por entre los tubos, yendo á parar al tubo de chimenea; calienta el aire frió que circula por su interior y sale luego á la pieza. Esta disposicion no permite quemar hulla ni cok por no ser posible que la combustion se conserve al contacto con los tubos. La fig. 272 es una disposicion de la misma clase, en la cual -están colocados horizontalmenfe los tubos sobre el hogar.. Sin embargo, no es tan buena como la anterior, por cuanto en aquella la aspiracion del aire frio se determina en los tubos por la altura de la columna de ah-e caliente, y en ésta no existe dicha aspiracion. El aparato representado en las figuras 273; 274, 275 y 276, se compone de una caja de plancha AA'CD, cuya cara anterior AA.'BB' se ajusta exactamente á la obra de la chimenea: esta caja está abierta por su parte inferior y rodea el conducto de aspiracion del aire exterior. En la cara anterior se encuentra una abertura L, por la cual se calienta el aire exterior al penetrar-en la habitacion·. Dicha caja contiene otra más pequeña, de fundicion, abe d (fig. 276) y ad e f (fig. 274), que sirve de hogar: el tubo t provisto del registro r conduce el aire caliente á 1a chimenea. Las caras laterales dé la caja del hogar están atravesadas por placas m, m, fundidas con ell_a, que sobresalen interior y exteriormente. El aire exterior penetra por debajo del hogl:l.r por dos conductos o, o. Los orificios p sirven para introducir el aire de la pieza en el aparato, cuando la seccion del conducto de _aspiracion es muy pequeña. La fig-. 275 es una seccion por Y Y: la fig. 276 es una seccion por X X. Este aparato tiene el inconverriente de ser . muy complicado y escasa la superficie de caldeo del aire exterior. Para reducir la entrada de aire inútil én la chimenea, sin privar la vista del fuego, Descroizilles cierra la parte superior de la a bertura de los hogares descubiertos con una pantalla de tela metálica muy fina, que, aplica ·á los hogares que queman madera, y _muy par- · ticularmente á los de hulla, con lo cual obtiene muy buenos resultados. La figura 277 enseña uno de estos hogares

con el aparato para calentar el airé;, colocado detrás. El hogar se compone-de una caja de fundicion con una rejilla en el frente: un marco de fundicion, en el cual se encuentra la tela metálica T, puede girar al rededor de u na visagra y cubrir ó descubrir el fuego segun se desee. El aire caliente sube.por el hogar, baja á una caja abe d y sale simultáneamente á derecha é izquierda por dos tuóos A. Pasa sucesivamente por los tubos B, C, D, E, F, G, y termina,porúltimo en el tubo H que comunica con la chimenea. Al otro lado de la caja a be d se encuentra otro sistema de tubos semejante. Abriendo el registro S se establece comunicacion directa de la caja con la chimenea por medio del tubo I, lo cual permite establecer fácilmente el tiraje al encender el fuego. El registro R sirve para graduar la combustion. El aire se calienta al contacto con los tubos, y se esparce por la pieza pasando por orificios practicados debajo del dintel de la chimenea. Estos aparatos caldean las habitaciones con bastante economía; pero, en cambio, l::t tela metálica impide siempre algun tanto la vista del fuego y se destruye fácilmente: además, el limpiado de los tubos es muy incómodo por tenerlos que desmo'ntar completamen_te para efectuarlo. La chimenea de Fondet (fig. 278) se compone de dos tubos horizontales, F y E, de fundicion, unidos por un gran número de pequeños tubos prismáticos o, o, o, dispuestos alternativamente como indica la fig. 279. El aparato constituye el fondo del hogar y está _ inclinado de '/4 á '/n de ángulo recto. El tubo horizontal' inferior F comunica con el aire exterior por el conducto AB, que, se calienta con los tubos prismáticos, á cu yo alrededor circula la llama, y pasa por los tubos C, D, á dos bocas de calórico D, D, situadas á los lados de la chimenea. Este aparato dá muy buenos resultados, sólo que exige una construccion especial en el interior de las chimeneas y no permite variar la ventilacion. El aparato (figs. 280 y 281), .cumple mejor las condiciones de un hogar de habitacion. Se compone de una caja de plancha, que contiene el hogar, detrás del que se encuentran tubos T dispuestos alternativamente, los cuales establecen la comunicacion entre una caja infe-

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS 19.3 rior de aire frio· C y' otra superior de aire ca- chimenea un volúmen de aire que no se utiliente B. El hogar está separado de los tubo_s liza para la combustion, y que , enfriando el por una placa de fundicíon que se hace subir humo, disminuye gran parte del efecto. fácilmente para proceder al limpiad_o. La corChim eneas que d esprenden humo. - Los riente de los gases calientes que salen del hohogares descubiertos, tal como se construyen gar pasa curvándose por encima de esta pla"' ordinariamente, acostumbran á esparcir el ca, y, despues de haber circulado en descenso humo por el interior de las salas, lo cual de alrededor de los tubos, pasa á la chimenea y pende, segun Franklin, de vadas causas. _ sale por una abertura F colocada en el punto · La primera se debe á la falta de ventilacion más bajo. Un orificio con registro permite pro·- ó á la dificultad en poder introducir el aire ex ducir el tiraje al encender el fuego. terior al interior. Es evidente gue d~be enfrar - El aire frio que viene del exterior, ó de la enla pieza un volúmen de aire ig ual al que pieza, entra en la caja inferior, se calienta en . sube por la chimenea ; por consiguí.e nte, si la los tubos de plancha y en H, H, alrededor de pieza está perfectamente cerrada, no pudienla caja de humo, y se esparce por la habitado salir el humo sin producir un vado parcion pasando por una abertura A practicada cial se esparcirá por la piez~. A pesar de esto, en la cúspide de la caja de aire caliente. sube siempre por la .chimenea cierta cantidad Por medio de una placa móvil se hace pa- _de-humo; pero, este efecto proviene de una sar por encima del cor;nb'ustible la cantidad de doble corriente que se establece en el conaire que se juzga conveniente, dejando al producto: el aire exterior baja á la pieza por una pio tiempo á la vista una·gran parte del fuego. parte de la chimenea . mientras que el humo Este aparato se coloca con la mayor facilidad sube por la otra, cuyas dos corrieñtes, por no y sin preparacion alguri.a en una chimenea or- encontrarse separadas, hacen que la de bajada dinaria de Lhomond: como se le puede quitar arrastre siempre consigo cierta cantidad de entere no dificulta para nada .el deshollinado. humo que se esparce por la habitacion. ÜBSERVACIONES RELATIVAS Á LAS CHIMENEAS La influencia de esta causa será.evidenteDE HABITACION.-Todo cuanto hemos visto mente tanto mayor cuanto menor sea la pieza, hasta ahota se refiere a los principales per- cuanto mejor sea el cierre de puertas y venfeccionamientos ensayados relativamente á tanas y mayor el diámetro de la chimenea. las chimeneas de habitacion, consistentes tan Si el humo se produce por las causas que se sólo -en modfficaciones de detalle de la chi- acaban de indicar, puede corregirse : 1. º dismenea Lhomand ó en los medios de obtener minuyendo la cantidad de aire que sale por la el mayor .efec;to útil del combustible. chimenea; 2. º facilitando la ventilacion exte·De todo ello se deduce que el rendimiento rior; .3. por ambos medios á la vez. La salida de esta clase de chimeneas es _muy escaso, y del aire por la chÍmenea se disminuye redusus disposiciol}es, para aumentarlo, . pueden ciendo el orificio de entrada ó el de salida, dividirse en dos clases. eligiendo siempre preferentemente el que perEn la primera, el objeto propuesto consiste mita el acceso de aire para la combustion. en aumentar el calórico rndiado en la habitaEn cuanto á la ventilacion exterior, se puecion, para lo cual se hace adelantar el hoga:r· de establecer, ya por medio de postiguillos, hácia su interior: representa el tipo la chi- ya por ventosas ó ya por un conducto situamenea Bronzac. Coi;i ello se utiliza dos veces do debajo del suelo, en cuyo caso, se podrá más de calórico que con la:s chimeneas ordi- calentar el aire que se intro~uzca ó dejarlo á narias d,e Lhomond . . la temperatura exterior. Esta causa de proEn la segunda clase se utiliza el calórico duccion de humo es la más general y tambien arrastrado por .el humo, á cuyo efecto se colo- la más fácil de corregir. can inmediatamente despues del hogar apaLa se_g unda causa depende de la baja temratos caloríferos más · ó menos . sencillos. El peratura del aire caliente de la chimenea, que, efecto útil obtenido es mayor aún, pero que- mgtiva que la velocidad de ·la corriente no . da limitado por la cond-icion de dejar el hogar ¡;ea suficiente para evacuar el humo que sale, á la vista. De este modo se introduce en la refluyendo una parte de él en la habitacion. 0

FÍSICA IND.

~• II.-2 5

FÍSICA INDUSTRIAL

Esta temperatura resulta de la ·gran cantidad . de aire que escapa á la combustion, y que, por lo tanto, enfría el humo. El único medio eficaz consiste en la reduccion permanente del hogar, ya lateralmente ó por la parte superior, empleando además una pantalla móyil, con la cual se disminuye el volúmen de aire inú ti1 á la combustion. La tercera causa proviene de la poca altura de la chimenea, que, motiva poca velocidad del humo. Si no fuese posible dar mayor altura á la chimenea se deberá reducir la boca del hogar. La cuarta causa resulta de la accion de varios hogares, unos sobre otros, si están situa-. dos en habitaciones que se comuniquen y no esté bien combinada la ventilacion. En este caso, si se enciende el fuego en uno. sólo, el aire exterior será principalmen te absorbido por las demás chimeneas, en atencion á que el aire penetra con más facilidad y en mayor volúmen por las chimeneas que por las juntas de las puertas y ventanas. Si se encienden todas á la vez y no son suficientes los orificios de aspiracion para alimentarlas, sucederá necesariameú.te que aquella que tenga mayor tiraje producirá :más efecto que las restantes, esparciéndose , por lo tanto, el humo de éstas por las habitaciones en donde se hallan. Tambien puede acontecer que uno cualquiera de los hogares haga producir humo á los demás, aunque su tiraje sea más flojo, ya por la menor altura de la chimenea, ya por el mayor diámetro del con~ucto, ó ya, en fin, por la menor cantidad de combustible que se consuma en él: en dicho caso, este hogar será el que se endeuda primero para que el movimiento sea de arriba abajo en las demás chi·meneas, movimiento que difícilmente podrá destruirse en atencion á que el tiraje de una chimenea se encuentra en su máximo al encontrarse lleno todo el tubo de aire caliente; poi- lo tanto, si ya en el origen existe un movimiento de aire en sentido contrario, será necesario disponer de un hogar de gran actividad y una velocidad casi nula del aire, de arriba abajo, para que pueda estabJe.cerse el tiraje. •· El único medio de evitar el humo consiste en dar una ventilación suficiente á cada pieza. La quinta causa de la produccion de humo

consiste en la comunicacion de varios tubos de ·chimenea, unos con otros~ Al recibir un tubo de diámetro uniforme) en un punto cualquiera de _su altura, un conducto que le penetra, si fa corrie.ntE_! se restablece en este último la vena de aire que sale de él cierra ú obstruye al primero como si fuese un::i válvula; de suerte que es indispensable entonces colocar debRjo de la abertura. una placa para dividir el tiraje igualmente entre ambos conductos. Cuando varias chimeneas comunican, si sus diámetros son convenientes la aspiracion se verifica por todos los ramales, suministren ó no aire caliente. De esto resulta que, si varios de ellos sólo dan aire frio, la temperatura del aire en el conducto comun es poco alta, y, por consiguiente, el tiraje en cada conducto de aire caliente excede poco del qué se efectuaría si este conducto desembocase en el aire; por este motivo se d~sprende humo, puesto que la altur~ real de la chimenea es escasa. Esta disposicion favorece igualmente la repulsion del humo al interior de las piezas cuyas chimeneas estén apagadas, por encontrars~ reducida la velocidad en el conducto comun y ser muchas las circunstancias que en las chimeneas sin fuego pueden producir cc;,rrientes de arriba abajo. Para evitar estos efectos se establecen trapas ó registros en las chimeneas, que, se cierran cuando no hay fuego en ellas, y así no existe aire frio en la chimenea comun; pero, lo mejor es que cada chimena tenga su conducto especial independient e. La sexta causa que hace producir humn á las· chimeneas depende de la accion del sol y de los vientos directos ó reflejados, en cuyo caso; ·se instala en las · bocas de salida el •tipo de mitra que mejor convenga_,-s egun los casos. Tambien hay otra causa que motiva la introduccion del humo en las habitaciones. Como en los grandes ealoríferos el tiraje de la chimenea; de aire caliente es siempre más enérgico que la aspiracion, no .hay necesidad de que las juntas sean herméticas~ puesto que. la diferencia de los tirajes produciría presiones laterales que harían pasar el aire éalentado al aire quemado, resultando de ello una pérdida de combustible; pero, en cambio, no

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS · , 195 se produce humo. En los aparatos caloríferos : convenientes. En estos últimos aparatos, una que se encuentran encima y alrededor de los vez consumido el combustible, es muy útil hogares descubiertos, con destino á utilizar cerrar la puerta del cenicero y · un registro.· una parte del calórico del aire quemado, ya colocado en el tubo de humo, · para impedir no sucede lo mismo. Si la boca del hogar fuese que la corrienºt e de aire frio que pasaría por' considerable y los tubos de calefaccion del ellos los enfrie prematuramente. Estufas senct'llas sln ct'rculaclon t'ntert'or y aire estuviesen colocados en un sitio donde la velocidad del aire quemado fuese escasa, sin.tubos de ct'rculaclon.-·Estas son las que podria ocurrir que la velocidad de salida del con más frecuencia-se emplean: se construyen aire calentado fuese mayor, y, por consiguien- de fundicion ó de plancha. En tales estufas ~l te, que, si los tubos no fuesen herméticos, el cuerpo sólo contiene el hogar; y rara vez la aire quemado penetrase en los tubos de salida superficie de caldeo es suficiente para absordel aire caliente. Es verdad que rara vez se ber la totalidad del calórico del hogar ó el presentan estas circunstancias, pero, de todos humo, particularmente en las de loza, por modos es conveniente que, en todas las dis- cuanto,. empleándose esta materia para obte~ posiciones, las juntas ó uniones cierren lo más ner tan sólo un calor moderado y para evitar herrnéticarne·nte posible, puesto que, la mez- los ihconvenientes del caldeo por medio de cla del aire quemado, por poco que sea, con el la plancha ó la fundicion, se tiende á dismi.:. aire de ventilacion, puede ocasionar inr:on- nuir c:uanto se pueda los tubos exteriores de humo, los cuales consum~n mucho combusvenientes muy graves. CALEFACCION INTERIOR POR MEDIO DE ESTU- tible y calientan poco por salir el humo á FAS.-Como ya hemos visto, las estufas son una temperatura muy alta. Mas, como en esta aparatos que se colocan en el interior de las clase de estufas el tiraje se verifica en la porhabitaciones y constituyen una capacidad más cion de tubo que sube v_erticalmente, los gaó menos considerable, en la cual se que- ses calientes p9drian enfriarse si se prolonma el combustible. El humo, al salir del gase suficientemente el circuito horizontal. Si se quema madera, turba, hulla ó cok, en hogar, pasa, directamente ó por varias circulaciones; á un tubo que le conduce á la chi- los caloríferos, la disposicion de los hogares menea,. Las puertas del hogar y del cenicero no ofrece nada de particular, pero, será siemestán en la habitacion que se calienta ó en pre ventajoso emplear i·ejillas para que el aire otra contigua. Estos aparatos son de plancha penetre por debajo, lo cual no siempre se practica. Si se quema antracita se dispondrán de fundicion, de loza ó de ladrillo. hogares del modo especial que indicarelos cany superficie de A iguales extensiones tidad de combustible quemado las estufas de mos al tratar de las estufas americanas. .hstufas de tt'erra cocida y de clrculact'on metal enfrian más el humo que las de loza ó de ladrillo, por ser los m etales mejores con- t'ntert'or.-Estas estufas se emplean princiductores del calórico; por lo tanto, las ~stufas palmente en el Norte, eil Suecia y, muy parde tierra cocida deben ser más voluminosas ticularmente, en Rusia, construyéndose ·a1 y tener más superficie de caldeo que las de levantar el edificio y dándoles grandes dimensiones. Consisten en masas rectangulametal. Los caloríferos de ·m etal se calientan y se res; prolongadas verticalmente, casi todas de enfrian más rápidamente; los de ladrillo y de ladrillos y provistas de conductos verticales, loza, por lo contrario, se calientan lentamen- que, recorre varias veces el aire caliente de te, pero, una ve~ calentados,. ceden lentamente abajo arriba y de arriba abajo. Se les dá genesu calórico y mantienen durante mucho tiem- ralmente de 2 á 3 metros de altura y ocupan una superficie horizontal de 1'25m•: El hogar po una temperatura templada. situado en la parte inferior y su capacid_a d está bustion com En los caloríferos de metal la debe ser lenta y permanente. En los de tierra varía de 0' 5 á o' rom •. Despues de hacer circucocida debe ser viva y no durar más que el lar el -aire caliente, sucesivarnente y en sentitiempo necesario para calentar la masa de do contrario, por los conductos interiores verobra, cuya operacion se repite _á intérvalos ticales, sale inmediatamente á la chimenea.

FÍSICA INDUSTRIAL

Se hace un fuego muy activo por la mañana, y, cuando toda la madera se l).a transformado ·en áscua, s~ cierra la puerta del hogar y casi completamente el registro de _la chimenea; entonces estas masas calentadas se van enfriando lentamente, manteniendo una temperatura suave en las piezas por espacio de veinticuatro horas. En Suecia se emplean aparatos análogos, pero de dimensiones más reducidas. La figura 282 representa uno de estos aparatos. A es una seccion vertical segun I K; C es otra seccion vertical segun L M; E una seccion vertical segun P Q; B D F son secciones horizontales segun G H, CD y A B. Las circulaciones centrales, representadas en la seccion C, están destinadas á ca~ntar el aire que entta en la estufa por la parte inferior. El hogar se encuentra en a; el aire caliente recorre simultáneamente las dos séries de conductos b, e, d, e, situados á cada lado de los conductos de aire, para reunirse luego las dos corrientes y formar una sola que comunica con la chimenea. En todos estos aparatos las circulaciones se verifican en conductos verticales y ~o horizontales, puesto que, la experiencia demuestra que el tiraje es más fácil con la primera disposicion que con la sE:gunda. Por otra parte, la explicacion de ello es muy fácil. Al principiar la calefaccion, cuando los ladrillos están aún fríos, la corriente de aire caliente se enfría poco, á lo menos en su parte central, no sucediendo lo mismo cuando los conductos son horizontales. Estufas de ladrillos y de fundicion, con bocas -de calor. - Estas estufas (fig. 283) se emplean muy particularmente en Francia, en los comedores. Ordinariam~nte el hoga1· está rodeado de tubos de fundicion, abiertos por un extremo debajo del calorífero, terminando el otro ~n una caja de ladrillos, en la cual se reune el aire calentado en los tubos, y de donde sale esparciéndose por la pieza por unos orificios llamados bocas de calor: al salir el aire caliente del hogar por los intérvalos de los tubos de fundicion, circula por la masa de tierra cocida, subiendo y bajando cierto número d0 veces-antes de pasar á la chime-. nea. En general, estos aparatos · están muy mal dispuestos en atencion á que la ·combus-

tion no se verifica en rejilla, perdiéndose así mucho calórico, resultante de la alta temperatura á que sale el aire y por ser demasiado pequeñas las bocas de calor. Lo -mejor consistiría en colocar alrededor del hogar una série de tubos verticales, recorridos sucesivamente por el aire, cada uno de los cuales contuviese otro tubo de fundicion, apoyados en los bordes de unos orificios cir~ culares practicados en dos placas de fondicion paralelas: 1a· placa superior constituiria la parte inferior del recipiente de aire caliente que alimentaria las bocas de calor. Estas estufas de loza, con circulacion de humo, son aisladas á veces, en cuyo caso, se colocan en el centro de las piezas y el conducto de humo pasa por debajo del suelo; pero, entonces, en la parte. inferior de la chimenea debe colocarse un pequeño hogar supletorio, que produzca el tiraje, cuyo hogar se ·reduce casi siempre á una simpl~ abertura coh puerta para quemar en ella virutas ó papel. La fig. 284, representa las secciones de una estufa aislada, dispuesta corno se acaba de decir, en la cual el tubo de air~ caliente está ·situado dentro del tubo de aspiracion del aire exterior: con ello ·s~ aumenta el efecto útil. En los hospitales se emplean comunmente (fig. 285) estufas que contienen varias capas de arena, sobrepuestas, para mantener calientes los medicamentos·. Estas capas ó baños . de arena constituyen las partes superiores de unas cajas de plancha, por las cuales pasa sucesfvamente el aire calient_e que sale de un hogar colocado en la parte inf~rior del aparato. Estufas amert"canas para antract"ta.-Las , condiciones á que están sometidas estas estufas son: r.ª mante~er el hogar á úna tempe. ratura elevada, para lo cual se rodean con obra de ladrillo en tres de ~us caras, á lo menos; 2.ª alimentar el hogar sin permitir que se enfríe, lo que se obtiene introduciendo los combustibles por la parte superior de la estufa; 3." fácil limpiado del cenicero para que no se produzca -un acceso exagerado de aire, que, apagaría el fuego. · Los principales tipos de esta clase son los de Nott, de Spoor y de Olney. En todos ellos el hogar está revestido interiormente de ladrillos, la a-1-imentacion se verifica por 1~ par-

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

197

te superior y tienen un registro para graduar parar al exterior ó al tubo de la chimenea, la entrada del aire; sólo se distinguen por la por el cual pasase el vapor que se produjese, y además colocar un registro que permitiese · forma y disposicion de la rejilla. En la estufa Nott la rejilla está formada - cerrar la chimenea al llegar el agua á la ebupor barrotes circulares, cuya longitud es igual llicion. Estos aparatos ofrecerian la ventaja de coná los dos forcios de la circunferencia; están fijos á un eje que pasa por el centro comun servar el calor durante mucho tiempo; pero, y al cual se imprime un movimiento de vai- · no deberían contener un volúmen excesiv;o ven con un manubrio exterior; la parte inde agua, porque, entonces, se calentarían y ferior d.el hogar la constituye pna caja de fun- enfriarian con demasiada lentitud: y serian dicion que rodea la rejilla á la altura del muy incómodos al experimentar el aire exdiámetro del cilindro formado por los barro- terior variaciones bruscas de temperatura. Estufas metálicas de circulacion de aire tes; la rejilla se limpia fácilmente i~primiéninte~ior.-Estas estufas, llamadas general. dole un movimiento oscilatorio. La rejilla de Spoor es plana, circular, con mente estufas caloríferas, se componen siempre de una envolvente cilíndrica; reciben el movimiento completo de báscula. La rejilla Olney es mucho más sencilla: se aire por la parte inferior y sale por la supecompone de barrotes formando escuadra, que, rior, esparciéndose por la pieza despues de forman como dos rejillas, la una horizontal calentado. En su interior se encuentran un y la .otra vertical; la primera es la que sopor- hogar y tubos de varias formas, por los cuata el combustible; la segunda está ordinaria- les pasa el aire antes de salir de la envolven. mente cerrada cou una puerta, que, sólo se · te para dirigirse á la chimenea. Uno de los primeros aparatos de esta clase abre para limpiar la primera por medio de una espátula de hierro _que pasa á través de se debe á Chevalier. Se le podia transportar de una á otra pieza: la circulacion del aire caestos barrotes. Estufas de llama invertida.-El aparato liente es muy sencilla, y el tubo de humo más primitivo de esta clase consistia · en un termina en un tubo vertical, .de o'6om de altutronco de cono vertical, con una reJilla en ra, que penetra en la chimenea de la pieza qué su parte inferior, cerrado con una tapa móvil se desea calentar. La superficie de caldeo se abierta, por cuyo orificio se introducia el .reduce á la del hogar, que ocupa _una _gran combustible é igualmente el aire que pasaba á parte de la seccion de la envolvente, y á la la chimenea por los tubos de calefaccion. Con de una caja cilíndrica, de fundicion, colocada esta disposicion, tanto la rejilla como el tubo encima, por donde pasa el aire caliente. El que formaba el hogar se alteraban rápida- aire de la pieza sube libremente, obligado mente. por un diafragma, entr.e la envolvente y el ciEstufas de agua calieii.te.-Para evitar el lindro concéntrico que constituye el hogar y inconveniente que presentan las superficies la caja que se encuentra encima. Basados en el mismo principio se han consmetálicas excesivamente calentadas, se podrian emplear aparatos formados-por un re- truido posteriormente un gran número de escipiente lleno de água, calentado interior- tufas caloríferas·, modificando ya el hogar, ya mente con un hogar y conductos de humo de la circulacion de aire caliente. Por estar re- ,,,,suficiente extension. Verdaderamente no se vestida la estufa con una envolvente de planproduciria vapor si la superficie exterior y la cha, la temperatura no es tan alta como en seccion del tubo de humo estuviesen calcula- las ordinarias, y puede utilizarse para producir das de modo ·que la -pérdida de calórico dela ventilacion, bastando en este caso dejar bida á la envolvente, al encontrarse el agua abierta la parte baja de la chimenea de la caná 100º, fuese igual al calórico producido por tidad que se juzgue co11veniente. La fig. 286 representa una estufa calorífela combustion del mayor peso de combustible que se pudiese quemar en el mism9 tiem- ra cuyo hogar C está situado en· el centro. po. Tambien seria muy conveniente colocar Está formada por una rejilla y cuatro placas un pequeñ·o tubo sobre la estufa, qtie fu.ese á gruesas~ de fundicion, fáciles de reemplazar

FÍSlCA INDUSTRIAL cuando estén usadas. Los · productos de la combustion suben verticalmente has"ta la cámara·D, en donde se dividen para bajar por los seis tubos elípticos G H y E F, llegando así á la cámara A que comunica con un.a chimenea. Para destruir los malos efectos de las dilataciones desiguales se emplean juntas de arena. Toda esta parte del aparato es de fundicion y está rodeada con una envolvente rectangul~r, de plancha. El aire fria penetra por la parte inferior, se calienta sin encontrar ningun obstáculo al contacto con las paredes metálicas, y sale á la pieza por una· gran boca de calor. · La fig. 287, ofrece una de las disposiciones mejor entendidas de esta clase de estufas. El hogar está rodeado por un grueso de ladrillos, para el caso de quemar hulla seca. Este aparato se limpia con la mayor facilidad quitando los obturadores que cierran el conducto central y el anular. Si la seccion de la envolvente fuese rectangular prolongada, el aire caliente se haria bajar por tubos rectangula·res colocados á cada lado del conducto con que termina el hogar. Si éonviniese dar una gran superficie de caldeo al aparato se podría suprimir · el revestimiento interior de ladrillos, y construir el. tubo de subida del aire caliente con apéndices que- sobresaliesen interior y exteriormente, sin cambiar para -nada el resto del aparato . . CHIMENEAS-ESTUFAS. -Se llaman así unos aparatos de calefaécion, análogos á las chimeneas por permitir la vista del fuego, y á las estufas por calentar el aire por las paredes del hogar. En Francia se les conoce con el nombre de chimeneas prusianas. El aparato más sencillo está formado por una caja rectangular, cuya cara anterior es semejante -al hogar de una chimenea Lhomond: la caja es á· veces de fundicion, pero, por lo comun, es de plancha; la parte anterior puede cerrarse y abrirse, segun se desee, por medio de una pantalla vertical, compuesta de tres planchas metálicas que suben ó bajan por medio de cadenas arrolladas á un cilindro de hierro, movido lateralmente con un manubrio. Estos aparatos se colocan, por lo general, enfrente de una chimenea tapada; á donde afluye el humo por un tub9 horiz_ontal ó por

otro vertical que va á parar al techo, en cuyo último caso, el efecto producido es evidentemente más considerable y aumenta tambien la superficie de caldeo. Las paredes interiores son generalmente de ladrillo. Los tubos de conduccion _del aire caliente tienen, como.los , de los hogares descubiertos ordinarios, diámetros que varfan entre 0'2om y 0'3om. Estos aparatos tienen todas las ventajas y todos los inconvenientes de los hogares descubiertos; pero, transmiten., en cambio, mayor cantidad de calórico por las paredes exteriorés. De estas chjmeneas se construyen muchas de fundicion, de una sola pieza, alimentadas cori hulla; la rejilla afecta la forma de bar, quilla, y el intérvalo que separa los bor_des de ésta del m_arco del hogar se cierra con una placa móvil de fundicion ó d.e plancha. EXÁM_EN DE LOS VARIOS SISTEMAS DE CALEFAC; CION EMPLEADos.-En lo que precede se han , descrito los varios modos de calefa~cion y de : ventilacion empleados en las habitaciones partic1:1lares: para . compararlos es indispen1 : sable ante todo exponer las copdiciones que deben llenar y examinat lo que acontece en los varios sistemas. Las condiciones que deben cumplir consisten en mantener la temperatura á cierto grado, casi constante, y producir una_ventilacion eficaz relacionada con las circunstancias; ventilacion que no debe bajar de 6m cúbicos por pers0na y por hora. Consideremos una pieia de dimensiones ordinarias, en la cual supondremos establecida la ventilacion, cuyo aire exterior se encuentre á 6?, que es la temperatura media de las paredes de calefaccion, y el afre interior á 15°: con estos datos, pasemos á calcular la cantidad de calórico contenido en las paredes y el suelo, así como tambien la cantidad de calórico perdido durante la calefaccion. Supongamos que la pieza tenga 5m de ap.cho; 4m de alto; dos ventanas de 2'3om por 1'2om, cuya superficie total es de 5'52m\ las pa'redes expuestas al aire tienen 14' 48m • ,de superficie. Supondremos además la profündidad de 5m, y tres puertas que, en junto, tienen 7'25m • de superficie; la superficie total de las paredes laterales y de las de fondo es 60-7'2-5 52' 75m •: s11;poniéndoles un espesor de o' 4am ,

·)

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

199

la eantidad de únidades de calórico que abExaminemos ahora los efectos producidos sorben de oº á 15° será: · · · por los varios sistemas-de calefaccion, 'tanto bajo el punto de vista de la calefaccion en sí, como del de la~ventilacion. Cale/accion por radiaclon.-Las chimeSuponiendo que el suelo tenga 0'30 _de esneas que más generalmente ·se emplean son pesor, que las piezas de madera ocupen la mitad del volúm€:n total, y el yeso ó bovedi- las de abertura reducida y de pantalla móvil llas la cuarta p_arte, el volúmen de madera {figs. 259, 260 y 261). Como ya hemos visto, por este sistema sólo se utiliza una muy peserá igual á queña parte de la radiacion del' combustible, :perdiéndose para los efectos de la calefaccion todo él calórico arrastrado por el aire que ha el del yeso será igua_l á 1'87m_•. El calórico absorbido por la madera, de oº servido para la combustion. Además, por estar completamente libre la abertura de la á 15º, será · chimenea, ésta absorbe un gran volúmen de 16,87.5: · 3'75 X 1,000 X o'6 x 15 X 0'5 aire que no alimenta para nada al combustible; luego ,.. estas chimeneas, si bien son apael del yeso será igúal á ratos muy malos para la calefaccion, en cam1'87 >-< l ,ooo X 1'25 X 15 X 0' 19 6,660. bio ,son.muy pofentes para la ·v(;)ntilacion. Para que se tenga una idea de los efectos Tomando solamente pára la pieza la mitad producidos, consideremos un hogar que codel-calórico de las paredes interiores y el del inuniq ue con una chimenea de 0 ' 20 de-diámetecho ó del suelo, la suma: de estas cantidades tro y 2Om de altura, en el cual se queme tan de calórico será de sólo 1k de madera por hora, en cuyo caso, la . 174,075 16,875 6,660 197,.500. ·cantidad de calor producida será, á poca ·di:Como la superficie de las paredes expuestas al ferencia, igual á 2,600 unidades: suponiendo aire exterior es de 14' 48m • y la de los vfdrios que sean 2,000 las que salen con ~l aire por de 5'52m•, la cantidad total de calórico trans- la chimenea y que la temperatura de la pieza mitido por metro ~uadrado y p(?r h _o ra será: . sea de 15°, la temperatura del aire en la chimenea será de 32º, y el- volúmen de aire aspido, por hora, de 375 metros cúbicos: volúmen De lo expuesto se deducen varias conse- · que será tanto más considerable cuanto mayores se'a n la seccion y altura de la chimenea, cuendas impórtánt~s: Suponiendo u~a interrupcion de cal- así como tambien el c0nsumo de combustible. 1.ª La ventilacion sin embargo disminuye, nodeo de diez horas, que es lo que generalmente tablemente por la resistencia que expei"imenta s~ practica, la pérdida de calórico por los viiirios y las paredes irá .disminuyendo constan- el afre al pasar .á travé$ de las juntas_de puertemente, debido á la baja de temperatura de tas y ventanás y por la disminucion de· prelas superficies interiores q:e la- pieza, y supo- sion qne se produce en la pieza, de suerte qúe niéndola igual áJa qU~ se vei}fica durante aumenta siempre al abrir µna puerta ó venla calefaccion, será de 3,660, mientras que el tana. A pesar de esto, la ventilacion es igualcalórico contenido en las paredes y el suelo mente muy enérgica, y casi siempre molesta, es .de r'97,500: así, pues, la pérdida representa por proceder directamente del · exterior el aire una muy pequeña parte del calórico contenido en las paredes, que, varía necesariamente con aspirado y tender á enfriar tanto inás la pieza cuanto más baja sea la temperatura exterior. las dimensiones de éstos y de los vidrios. Se ~omprende, pues, que, sea cual fuere el 2. ª Si, por efecto de una larga interrupconsumo de combustible, no es posible cacion del caldeo, las paredes hubiesen perdido el calor, se necesitari?, mucho tiempo y una . lenta:r convenientem'ente la pieza, dándose calefaccion muy prolongada para restable- tambien el caso de que un aumento en la cantidad dé combustible quemado produzca una cerlo. ·

200

FÍSICA INDUSTRIAL

baja de temperatura, decida á la cantidad de calórico radiado que aumenta en menor relacion que el enfriamiento procedente del exceso de aspiracion. En general, esta_ventilacion no es tan buena para el saneamiento como podria suponerse, puesto que, el aire q_ue penetra en la pieza por las rendijas de las puertas y ventanas vá directamente al suelo, en donde se mezcla con el que pasa por debajo de dichas . puertas para dirigirse, rozando el suelo, á la abertura de la chimenea; de modo que sólo se mezcla una pequeña parte de él con el de la pieza, y, aun así, debido á los movimientos de las personas que se encuentran en ella, al acto de la respiracion y á los aparatos de alumbrado: la temperatura del aire aumenta de abajo arriba, segun una ley, tanto más rápida cuanto mayor sea el número de personas que ocupan la pieza y cuanto mayor sea tambien el número de aparatos y bujias. Hemos supuesto que la ·a spiracion de la chimenea se debía á las juntas de las puertas y ventanas, que es lo que generalmente acontece; mas, si cierran bien, como entonces se disminuye el acceso de aire exterior se · es pareirá gran parte del humo por la pieza. Supongamos que la habitacion esté perfectamente bien cerrada: la combustion producirá una l depresion constante en la pieza, y la columna de aire caliente de la chimenea cesará evidentemente de subir, por existir equilibrio entre la presion de la atmósfera en el vértice de la chimenea, sumada con -la que proviene de la columna de aire caliente y la tension del aire de la pieza; cuyo equilibrio subsistirá únicamente ~n el caso en que todas las moléculas de una misma zona horizontar de la columna de aire caliente sean solidarias unas de otras, es decir, que est~n obligadas á marchar jun- : tas en la misma direccion y con la misma vefocidad: mas como esto no se verifica nunca, sino que son realmente independientes, la más ligera diferencia de temperatura, ó el roce, harán destruir este equilibrio, produciéndose así dos corrientes, una de aire caliente que saldrá de la chimenea, y otra de aire exterior, que, penetrará en la pieza arrastrando consigo una parte de los gases procedentes de la combustion. Supongamos, por un momento, que la pie- .

za no esté bien cerrada y que aumentemos progresivamente el número de orificios de entrad·a del aire exterior: en este cas9, tambien se manifestarán las dobles corrientes de que se ha tratado antes, pero tan sólo hasta el instante en que las secciones de estos orificios hayan alcanzado cierta extension, dependiente· de las dimensiones de la ·chimenea y del consumo de combustible. La falta de orificios de entrada del aire exterior, para la ventilacion de cada pieza, tiene tambien el inconveniente de motivar la introduccion del aire exterior por las chimeneas de las piezas contiguas, que se comuniquen, no permitiendo en muchos casos encender simultánearnente lo; hogares; y, por lo tanto, arrastrando el humo á una pieza por un tubo de chimenea, ;mpide encender el hogar que se encuentre debajo de él. Estujas.-Todas las estufas metálicas, sean cuales fueren sus formas y disposiciones, son susceptibles de utili~ar: por completo el calórico que se desarrolle en el hogar, siempre que él aire caliente suba primero á conveniente altura para producir el draje y tengan bastante extension las superfi~ies de enfríamiento del humo. Bien que en estos aparatos sale ordinariamente el aire á una temperatura muy alta, utilizan casi todos una gran parte del calórico, pero, en cambio, la ventilacion que pro<lucen es casi nula por aspirar únicamente el volúmen· de aire necesario á la combustion; de lo cual resulta que son· excelentes aparatos de calefaccion, pero insalubres. Las estufas de tierra cocida presentan las mismas ventajas y no despiden el especial olor que ad:quiere el metal sometido. á una alta temperatura, mas son igualmente insalubres como las metálicas. Lo mismo podemos decir de ·1as estufas de alimentacion contíµua. En cuanto á las de temperatura constante, como su objeto es contrario al que se trata de obtener, puesto que, para mantener una pieza á una temperarura constante debe introducirse en elll:1 una cantidad de calórico proporcional al exceso de temperafura interior sobre la exterior, y ésta varía constantemente, rio es posible que cumplan con el objeto propuesto. Las estufas de doble envolvente se encuentran en el propio caso que las estufas ordi-

201 CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS narias, cuando el intél:.valo que media entre parte alta sea la que esparza el aire calentado dichas envolventes está recorrido tan sólo por la pieza, pasando el aire quemado de arripor el aire de la pieza. Mas, si la envolvente ba abajo , por el intérvalo de los tubos. En la comunica con el aire exterior y el tubo .de base de la chimenea, se halla un orificio destihumo vá á parar á una chimenea abierta por nado á la ventilacion. Si se trata de habitaabajo, entonces el efecto útil del combusti- ciones pequeñas, se colocará encima de la ble es más considerable y la ventilacion se chimenea una caja de plancha, de las que sirobtiene en las mejores condiciones. En este ven para calentar los platos. Las estufas de caso, el aire exterior tiende á penetrar en la tierra cocida, sólo prestarán utilidad en copieza, debido á la calefaccion que sufre en la medores constantemente ocupados. Las . salas particulares se calientan ordinaenvolvente y por el exceso de temperatura del aire de la chimeneá sobre la temperatura ex- riamente con simples chimeneas, cuyos apaterior, pero, de todos modos, la ventilacio•n ratos, corno ya hemos dicho, producen_ poco v aría necesariamente con el caldeo, lo cual efecto útil bajo el punto de vista de la calefaccion, y excesivo, bajo el de la ventilacion. no es conveniente: Tanto en estos aparatos corno en aquellos El aparato de la fig. 280 es quizás el más venen los cuales el aire se calienta/ en tubos, los tajoso de todos, por permitir graduar la caorificios de salida del aire cal~ente, ó bocas de lefaccion y la ventilacion, y por utilizar la calor, tienen, en general, secciones muy pe- mayor parte del calórico producido. Tambien podrían emplearse las estufas orqueñas, por la tendencia de los constructores y del público en suponer que los aparatos son dinarias, ó las de doble envolvente, llamadas tanto mejores cuanto· más rápidas y más ca- caloríferos, con las cuales se obtendría un gran lientes sean las corrientes de aire que se pro- efecto útil; pero en cambio la ventilacion queduzcan, que es precisamente lo contrario de daría redbcida al volúmen de aire necesario á lo que debe buscarse. Lo indispensable y útil la combustion. Con todo, podría producirse es caientar un gran volúmen de aire á una una ventilacion variable, estableciendo (figutemperatura poco elevada, para obtener más ra 288) en la plancha que cierra la boca de _la efecto en 13,s superficies de caldeo, y no alte- chimenea atravesada por el tubo de humo de la estufa ó calorífero, una abeliura ó registro rar el aire. SISTEMAS DE CALEFACCION y DE VENTILACION de colisa ó giratorio, por el cual pase el aire· de MÁS CONVENIENTES A CADA cAso.-Para las anla pieza á la chimenea; con este sistema, las tecámaras de los grandes edificios, el sistema rendijas de las pue~tas y ventanas son las únimás ventajoso para la calefacciones el de es- casque suministran el aire exterior. Si el tubo de la chimenea estuviese adosatufas de tierra cocida~ provistas de grande~ bocas de calor, que dejen pasar un gran volú- do á un muro, se püdria fácilmente producir men de aire, á una temperatura no muy alta, la ventilacion, aspirando el aire exterior por con lo cual la alimentacion del hogar se hace medio de la disposicion indicada en la fi.g. 289; á intérvalos muy separados y el aire calentado A, es el tubo de aspiracion que atraviesa el puede servir para la ventilacion .de las piezas muro colocado detrás de la chimenea; B, el contiguas. Tambienes muy conveniente este tubo o.e salida del aire quemado ; debajo se encueritra el orificio, con registro de salida del sistema para las escaleras de los hoteles. Para los comedores, como estas _piezas sólo aire de la habitacion. En el caso en que la pieza no tuviese chiestán ocupadas durante las horas de comida, se las debe calentar por intermitencia; á cuyo m enea -adosada al muro, tambien puede obfin, el mejor sistema consiste en caloríferos tenerse buen resultado, adoptando la disposide plancha, que permiten suspender el caldeo cion representada en la fi.g . 2 9 0 · A, es el tubo cuando el calórico producido además por las de aspiraciorí ; B B, el tubo d e alida del aire personas y las luces es suficiente. La forma calie nte; C, el orificio de salida del aire , que más conveniente es la de un paralelopípedo comunica con un tubo D D, que rodea el de largo y estrecho que contenga tubos verticales salida del aire caliente. · Suponiendo igualmente que no exista chicuya base comunique con el aire exterior y la FÍSICA. IND.

T. II.-26

202

FÍSICA 1:NDUSTRIAL

menea en la pieza, pero que la haya en el piso superior, se puede emplear la disposicion de la fig. 291, en la cual A A, es el tubo de salida del aire caliente ; D D, tubo de salida del aire de la pieza; B B, tubo de aspiracion del aire exterior, pi::ovisto de un apéndice E, con el cual, si se cierran los registros o y e, y se abre el registro b, se puede calentar la pieza sin producir ventilacion. Cerrando solamente el registro a, se efectúa la ventilacion por las rendijas de las ·puertas y ventanas. Si la sala tiene una gran longitud se puede adoptar la disposicion representada por la figura 292. A es un calorífero metálico de aire caliente de doble envolvente, que recibe directamente el aire exterior que debe calentarse; B, es una chimenea situada en la cara opuesta, que sirve al propio tiempo para la calefaccíon y la ventilacion. La fig. 293 representa la disposicion para el caldeo de una pieza X, que no tiene chimenea. La pieza contigua Y, que sirve de antecámara á la primera, tiene un calorífero A, provisto de una gran boca de aire caliente 1', y cuyo conducto de humo B B, vá á parar á la chimenea C, cerrada enteramente por la parte inferior. En la pieza X, se coloca un hogar descubierto E, cuyo tubo F F, atraviesa la sala Y, y termina en la cbimenea C. Con este aparato, que funciona muy bien, se aumenta el caldeo y ventilacion de la pieza X, aumentando la actividad del fuego del hogar E. La boca D, es rectangular, de 0 ' 40 m por 0'20 m. Este aparato tiene un solo inconven.iente: como los tubos de calefaccion del calorífero A, están unidos con tierra como en los demás caloríferos de la misma clase, sucede que, cuando el tiraje de la chimenea E, es mayor que el de la chimenea B, parte del_ aire caliente, y, por consiguiente, del l:lumo; pasa al aire caliente que sale por D, y, si bien es en cantidad insignificante y completamente insensible al olfato, acaba, á la larga, por dar cierto color al muro, sobre la boca de aire caliente. Esta mezcla de humo y de aire caliente, es inevitable en los caloríferos, cuando la velocidad de la corriente de aire calentado es mayor que la del aire quemado, por la imposibilidad de cerrar h e rméticamente las uniones de los metales y de la tierra cocida. Unicamente podrá evita,rse el manchar el

muro empleando como combustibles el cok ó hullas secas, ó bien, si se quema un combustible cualquiera, prolóngando el tubo D, hácia el interior, ó, en fin, colocando en la parte superior de la boca una_ placa inclinada que aleje la vena de aire caliente del muro. · Calejaccion y ventilacion de los salones .Si los salones son muy grandes y sólo contienen un reducido número de personas y· pocos-aparatos de alumbrado, una sola chimenea de hogar descubierto, no bastará ciertamente para su calefaccion; en cuyo caso, el sistema de calefaccion y de ventilacion más cóm0do consistirá en colocar en la pieza contigua ó en el piso inferior, un calorífero que esparza por el salon, del lado opuesto á la chimenea, un volúmen de aire considerable, á una temperatura un poco mayor de 12°, con lo cual, el hogar de chimenea que completa la calefaccion, determinará la ventilacion y permitirá aprovechar el calórico directo, más agradable siempre para calentar rápidamente una parte del cuerpo. En el c·a so de que los salones contengan u11 gran número de personas y muchos aparatos de alumbrado, ya cambian completamente las condiciones de saneamiento. Con las disposiciones generalmente empleadas, que consisten simplemente en producir la ventilacion por la aspiracion de un hogar descupierto, la temperatura es, al cabo de poco tiempo, muy elevada, viciándose á veces de tal modo eL aire, que motiva cierto ·malestar, dándose el caso de que los aparatos de alumbrado apaguen en cierto modo su brillo, cuyos inconvenientes provienen de la gran cam.tidad de calórico producido por la respiracion, por los aparatos de alumbrado, y por la posicion de los orificios de aspiracion y de absorcion del oxígeno, corno vamos á ver. Consideremos una sala que contenga 300 personas, alumbrada por roo bujías;· la cantidad de carbon consumido, supongamos que sea de ro gramos por persona y por bujia, que forma un total de 4 kilógramos; supongamos, además, una ventilacion regular de ro metros cúbicos de aire por persona, por bujía y por hora, ó sean, 4,000 metros cúbicos; se sabe que r kilógramo de carbon puede elevar r,ooo metros cúbicos de aire de 8,000: (1 '3 X 0'24 X rooo) 25'64º; así, sea cual

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

203

fuere la temperatura del aire de ventilacion al Ya nos ocuparemos luego de esto, al tratar de · entrar en la pieza, por el sólo efecto de la · la ventilacion de los hospitales. · respiracion y de los aparatos de alumbrado, Se determina fácilmente la salida del aire la temperatura del aire se elevará de 25 '64º .. cali~nte por la parte superior de una pieza, con Si la ventilacion es dos veces mayor, la tem- hogares abiertos ordinarios, por mecfío de la peratura se elevará tan sólo · de 12'82º y de disposicion indicada en la fig. 294. Se practi51'28° si fuese la mitad. can en el espesor del muro, á cada lado del Otra circunstancia hay, además, que con- tubo de la chimenea, dos conductos verticales, tribuye poderosamente á la insa°lubridad de los cuales están abiertos en el interior de la la sala, haciéndola independiente del grado pieza cerca del techo, y por la parte inferior de ventilacion producida por uno ó varios van á parar detrás de los tabiques verticales hogares descubiertos. El aire que .penetra en que forman la chimenea. Con esta disposicion, la pieza, procedente de un calorífero ó diel tiraje se manifiesta en la abertura del hogar rectamente del exterior, se halla siempre á y en las de los conductos, por cuyas aberturas más baja temperatura que el de la sala; pasa baja el aire hasta el nivel del suelo y penetra por el suelo y se dirige á los hogares de aspi- lateralmente en la chimenea. La aspiracion racion, rozando con el pavimento y arras- directa del hogar, se disminuye fácilmente con trando consigo una pequeñísima parte del un registro, ó bien suprimiendo los tabiques aire _calentado; de suerte qu·e se produce una de ladrillo, que reducen lateralmente el hoescasísima renovacion de aire á poca altura, gar, sustituyéndolos con rejillas verticales. De encontrándose encima de esta capa, el aire, este modo puede efectuarse la ventilacion,. ya cuya temperatura y estado insalubre, aumen- únicamente por arriba ó ya únicamente por tan con la altura general. abajo, ó mejor aun, un poco por abajo y en En este caso es indispensable cambiar com- cantidad mayor por arriba. El conjunto de pletamente el sistema de ventilacion, hacien- esta disposicion consisté, pues·, en utilizar la do salir el aire por la parte superior; de este chimenea para la calefaccion, al principiar la modo, marchando el aire de abajo arriba, sólo reunion; y para.la ventilacion, á mitad y fin de se calentará á bastante altura por los aparatos la misma. La seccion de la chimenea, debe esdel alumbrado; él aire caliente q_ue sale de los tar convenientemente calculada. pulmones, subirá directamente, bastando enSupongamos que se reunan 200 personas en tonces una ventilacion moderada, para man- la sala, contando, á causa de los aparatos de tener una temperatura conveniente y un buen alumbrado, una ventilacion de 3,000 metros estado saludable en la sala. · cúbicos por hora ó 0'83m 3 por segundo; supoA veces se emplean los vidrios móviles con niendo una chimenea -de IO metros de altura, visagra horizontal, colocados en la parte su- y un aumento de temperatura de 10º, la velociperior de las ventanas. Al.abrir una ó varias dad de acceso, presci.nél.iendo de los roces, seria de esas aberturas, se permite necesariamente de unos 6 metros; si las resistencias_ la redula salida del aire caliente; pero, si no se dis- jeran á la-mitad, seria entonces de 3 metros sopone de un calorífero que caliente en gran lamente; la chimenea deberia tener 0'28m• de escala el aire exterior, pára producir cierto seccion; y el consumo de combustible, seria exceso de presion, se producirán dos corrien- de 5 á 6 kilógramos por hora. tes por dichas aberturas: la una, de aire calienCalefaccion y ventilacion de las grandes salas te, de dentro afuera; la otra, de aire fria, dide reunion. rigida en sentido contrario, muy incómoda ·y hasta peligrosa para las personas colocadas Division.-Los edificios de cuya calefaccion cerca de ella_. y ventilacion vamos á tratar ahora, los dividiLa ventilacion por aspiracion, tiene necesa- remos en dos clases: La primera, comprenderá riamente estos inconvenientes; y an sólo la aquellos que están ocupadcs de un modo perventilacion por insoplacion, es la que puede manente, y, la segunda, los ocupados de un · producir la renovacion de aire regular y se- modo temporal. En la primera clase, se hallan gurn, sin que se produzcan corrientes de aire. las cárceles celulares y lo hospitales ; en la

204

FÍSICA INDUSTRIAL

segunda., los establos, las escuelas, las salas de concierto, las salas de recepcion, los anfiteatros, las salas de las asambleas. legislativas, las iglesias, los teatros, etc. LOCALES OCUPADOS DE UN MODO PERMANEN-

celulares.-Las figs. 295, 296, 297, 298, 299, 300 y 301, repre·s entan las disposiciohes adoptadas para la cal~faccion y la ventilacion de la cárcel celular de Gand. Esta cárcel se compone de una série de naves colocadas en . forma radial alrededor de un mismo punto, y unidas de dos en dos, por otras construcciones de igual forma, dispuestas siguiendo los lados de un polígono regular, cuyo centro coincide con el punto de radiacion. Cada cuerpo del edificio, contiene un c.orredor, que sube hasta la cubierta, y .cierto número de celdas, repartidas entre la planta baja, el primero y el segund_o pisos. Las celdas de estos dos pisos, tienen salida á un balcon corrido, y el corredor está alumbrado por la parte s.Úperior. Fig. 295, planta de una parte del sótano de un grupo de tres cuerpos del edificio ; Fig. 296, planta del primer piso de dicho grupo: -C, C, retretes; T, capilla, detrás de la cual se encuentran los patios de esparcimiento de los presos y en el centro el observatorio de los.guardianes. '. · Fig. 297; seccion vertical segun O, O, de la planta de uno de los edificios celulares del mismo ·g rupo. Cada celda contiene un mechero de gas, un depósito de agua K, y un retrete C, cuyo tubo de evacuacion comunica con otro · general subterráneo i (fig-. 295). Fig. 298, seccion segun N N (fig. 299). ' Fig. 299, seccion• segun MM de la planta (fig. 295). Fig: 300, seccion de una de · 1as chimeneas de ventilacion,. segun Q Q (fig. 299). Fig. 301 ,' seccion vertical, segun P P de la figura 296, de dos retretes correspondientes á dos celdas contiguas. La calefaccion del aire, se.verifica por medio de la circulacion de agua caliente; para lo cual, cada grupo de tres ·cuerpos del edificio, está provisto de dos calderas A, A, dispuestas como indica la figura 298. El tubo de humo de cada una de ellas, vá á parar á una chimenea de planchas colocada en el interior de TE.- Cárceles

la chimenea de aspiracion B correspondiente, con el objeto de activar el tiraje. En verano, el tiraje de la chimenea de aspiracion se obtiene por medio de una estufa D (fig. 300). Las chimeneas de ventilacion tienen 18 metros dé altura. Los tubos de circulacion de agua caliente, están situados en un conducto G, colocado debajo del corredor y por el cual penetra el aire exterior pasando por el conducto H (fig. 297). L, es la puerta de entrada del conducto de·aire caliente. · De este conducto, parten otros practicados en el muro de las celdas, del lado del corredor, destinados á alimentará los de aire caliente. Estos conductos termin.a n en las calderas cerca del suelo. La fig. 298 representa ..el conducto de una celda de la planta baja y por medio de puntos, uno de los del primer piso. Las paredes del conducto G, ocasionan una gran pérdida de calor. La calefaccion del aire empleando tubos de agua caliente colocados en el interior de otros, segun el sistema de· Hamelincourt, seria mucho más económica. El aire viciado se extrae de cada celda por un solo oonducto descendente, cuyo orificio , de extraccion se halla cerca del retrete, en uno de los ángulos de la celda, en el lado opuesto al de entrada, del aire puro. Los conductos de extraccion del aire viciado, van á parará otro E, que termina en la chimene_a general de aspiracion. Retretes en forma de sijon.-En esa prision celular, los retretes ó inodoros, de loza barnizada, son de cierre hidráulico, en forma de sifon invertido. El brazo mayor del sifon no es completamente vertical, sino un poco . inclinado al exterior, disminuyendo progresivamente su diámetro de arriba abajo. El asiento está situadó en el extremo superior de este brazo. El brazo menor tiene muy poca altura. Su cara inferior es casi horizontal, mientras que su cara superior sube primero casi verticalmente, se curva luego formando un arco cuya concavidad mira hácia abajo. Este brazo constituye una especie de depósito, cuyas paredes se van aproximando al brazo mayor, para constituir un prolongamiento cilíndrico que va á parar á un tubo vertical de b~jada que sir~e para dos retretes (fig. 301) y comunica

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBlICOS

con el conducto general de evacuacion i. La parte inferior del sifon, está llena de agua para impedir la comunicacion entre la celda y el tubo de bajada. Los gases que se desprenden del líquido, no pueden esparcirse por la cel -• da, por encontrarse la mayor parte de este líquido en el brazo menor del sifon, cuyo diámetro, es mucho mayor que la parte inferior del otro brazo. Hospitales.

Caléjacct'o.n y ventilacion de los hospitales. -En estos establecimientos, la calefaccion del aire se hace generalmente por medio de la circulacion de agua caliente, haciendo pasar los tubos de caldeo, por un conducto subterráneo que vá ramificándose y caldeando el aire, as~ cendiend-0 por las varias salas de los enfermos, empotrado en los- muros. Este sistern11. tiene el inconveniente de ser muy dispendioso, á causa de la gra_n pérdida de calórico, motivada -por el espesor de las paredes que atraviesa el conducto subterráneo de calefaccion. En el dia, la ventilacion por pulsion se considera mucho más ventajosa que la accion del calórico, á lo menos en los hospitales destinados á mantener un gran número de enfermos, siempre que sea posible disponer de una máquina de vapor para dar movimiento al ventilador. La extraccion del aire · viciado se verifica por aspiracion s~bterránea. La ventilacion debe calcularse de suerte que cada enformo reciba por hora un volúmen. de aire puro de 80 metros cúbicos. . Extraccion del aire viciado.-La evacuacion del aire viciado tiene lugar por conductos descendentes, abiertos detrás de las cabe_cer_as de las camas, · al nivel del suelo, en los paramentos verticales de los muros, ep. número de uno á lo menos por cada dos camas en los hospitales ordinarios y de uno por cama en los hospitales especiales, como, por ejemplo, en los de las parturientas. Los conductos de evacuacion del aire vicia.,. do, correspondientes á las camas de.los varios pisos, .colocadas urias encima de otras, deben aislarse en su trayecto vertical; y no se reunirán los conductos colec;tores parciales y hori~ zontales, que no estén separados por lengüetas en una extension de tres á <;uatro metros,

ao5

más allá de la boca de los más próximos á la chimenea general~de evacuacion, para evitar las comunicaciones de unos pisos con otros. Introduccion del aire nuevo.-Los orificios de introduccion del aire nuevo, caliente ó frío, se practicarán siempre cerca del techo, á razon de uno por cada dos camas, si es posible,_ ó de uno por cada cuatro camas á lo menos. Es muy conveniente que exista un medio cualquiera, pa-:ra mezclar el aire frio, con el caliente que suministre el aparato de calefaccion, á cuyo fin, el aire frío se dirigirá por unas lengüetas más ó menos largas, segun· los casos, por encima de la corriente de aire caliente, aconteciendo entonces que, siendo el primero más denso que el segundo, tiende á b~jar, mientras que el segundo, más ligero, sube Y. ?e produce la mezcla ..• Tomas de aire exterior.-Si el hospital está conve~ientemente aislado y situado en sitio salubre, las tomas de aire exterior podrán hacerse ó á nivel del suelo ó á la altura de los varios pisos. · Sólo podrá recurrirse á las chimenas de aspiracion descendente, para producir aire á cierta altura, en el caso en que por la proximidad de edificios más ó menos insalubres, se temiesen infe_cciones del aire introducido por la superficie del suelo. En este caso, se procurará colocar la chimenea lo más lejos posible de la evacuacion general y hácia arriba, con relacion al viento dominante. La velocidad en esta chimenea n.o debe pasar de o'6om, ·para que la aspira.don que ejerza, no al-canee una gran distancia. · · Calejaccion de las cajas de escalera, de las antesalas y demds"pier_as de acceso d_las salas. -Si se emplea el sistema de ventilacion exclusivamente por aspiracion, las cajas de las escaleras, las antesalas y demás piezas, se deberán. calentar con el fin de atenuar el efecto de las entradas del aire, producj.das por la abertura dé las puertas, debida á la aspiracion. Ejemplo de la calejaccion de un hospital.At~ndiendo ahora á la ventilacion y calefaccion de un hospital, supongamos que se tenga que calentar y ventilar uno de esos edificios, cuyas dime_n siones fueran: 26 metros de largo, ro metros de ancho exterior y 9 metros de ancho interior; supongamos, además, que el

FÍSICA I-NDUSTRIAl 206 edificio constara de 3 pisos de 4 metros de al- unas rooo calorias, se deberian quemar por tura, y que hubiera 6 ventanas en cada uno hora 72 kilógramos de este combustible, lo de ellos. La superficie total de estas ven.tanas cual requeriria 12 chimeneas ó · 4 por cada piso, que si bien ocasionarían mqcho gasto, seria -igual á 189 metros cuadrados . . en cambio no requeririan bocas de ventilaeion. En el caso que nos ocupa, la superficie S, de Si se emplean estufas, se obtienen 5,000 calos muros, que supondremos construidos de lorias por kilógramo de hulla q~emada, dan_sillarejo y gruesos de 0'50"', seria : do un consumo de 14'4k p<:_>rhora. Como cadaS=2'26Xr2+2XroX12 - 189= 675 estufa puede quemar fácilment~ 2'5ok de hulla metros cuadrados. por hora, se necesitarán seis de estos . aparatos, dos en cada piso. · La superficie del techo del tercer piso y del Tambien podría efectuarse la calefaccion, suelo de la .planta paja, serian iguales, cada uno de ellos, á 24 X 9 = 216 metros cua- empleando un sólo calorífero que quema-se de 20 á 25 kilógramos de hulla por hora. Como drados. la rejilla debe tener una superficie mínima de Cada piso seria capáz para 24 camas. Suponiendo que se dieran á cada enfermo unos 60 20 decímetros cuadrados, el diámetro ele la metros cúbicos de aire por hora, el volúmen columna del calorífero deb~ ser igual á 50 del que habria que calentar por hora, seria centímetros. La superficie de caldeo será 72,000: 3,_000 = 24 metros cuadrados; pero, igual á teniendo en cuenta las pérdidas de calórico 3 X 24 X 60 = 4320 metros cúbicos. desde el calorífero basta los loca.les calentaLa temperatura del aire en las salas es de dos, será conveniente doblarla, esto es, darle r 6º y la temperatuq1 media a, de los meses de unos 40 metros cuadrados. Siendo la capaciinvierno, es+ 6º, así pues, la cantidad media dad que se debe calentar de 2,600 metr_os cú~itos, se necesitarian unos 15 metros cuadrados de calor que debiera suministrarse, seria: de superficie de caldeo, por 1000 metros cúbi675 X 1'94 X ro+ 189 X 4'5 X ro+ 216 X 0'75 cos de capacidad á calentar. Si la calefaccion se hiciese por circulacion X ro+ 4320 X i '3 X 0'237 X ro = 13095.+ de agua caliente, la superficie de caldeo de 8505 + 2160· +1620+13:¡05 =38685°. la caldera, seria de 72,000 : 15,000 = unos 5 Si de esta cantidad restamos la cantidad de metros cuadrados aproximadamente. El concalórico emitido por los 72 enfermos, estima- sumo de combustible seria de 15 2o _kilógrado en 75 calorías por persona enf~rma, ó sean mos solamente de hulla, por hora. Si el agua 72 X 75 = 5400 calorias, restará á suministrar sale de la caldera á rooº y entra_en ella á 60º, . su temperatura media será 80°, y la diferencia por hora: media de las temperaturas del agua y del aire 38,685 - 5,400 = 33,285 calorías= 34000, en de las salas calentadas será de 80- 16 = 64°. números redondos. Con esta diferencia, cada ·metro cuadrado de superficie de caldeo, desprende ro X 64 = 640 Durante los grandes fríos de invierno tenContando solamente con una transcalorías. driamos a= - 5° y T - a= 21°. La pérdida mision de 400°, ,;;orno acostumbran muchos, de calórico por hora seria entonces: constructores, la superficie de caldeo deberá 34000 X 21 ser de unos 180 metros cuadrados . ...;;_.;...__I_O_ _ 71400 Ejemplo aplicado al caldeo de dos t'nvernaderos en Gand.-Dos invernaderos, colocaó dígase 72,000 calorías. · Esta cantidad, es pues, la base para calcu- dos uno al lado de otro, tienen 20 metros de lar la superficie de calcieo, de los aparatos de longitud por 5'5.,, de ancho. Uno de ellos debe 'rnantenersé á 9º R, y el otro á 12º R, ó sean calefaccion. Si la calefaccion de biesé producirse poi;- 15º C. Ocupémonos tan ,sólo de esté último. La curn bte de la cubierta tiene 3 '50m de chimeneas con fuego abierto, como cada ki!ógramo de hulla sólo dá un efecto útil dé altura y lós dos muros laterales 1'25m .

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABtECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

Todos los muros son de ladrillo y tienen 0'33m de espesor. La superficie de los i:nuros laterales, es pues, de: 2

1'25

metros cuadrados

y la de los froritones, de unos 25 metros cuadrados. La superficie total de los muros, en contacto con el aire exterior, es de 75 metros cuadrados. La superficie de los vidrios que cubren el invernadero, es de 128 metros cuadrados . . Por último, la superficie del invernadero es igual á 20

X 5'5_

1 ro

metros cuadrados.

Calculemos la pérdida de calórico que experimentará este invernadero, por hora, cuando la temperatura del aire exterior se suponga igual á .....,.5°. La diferencia de temperatura que deberá conservarse entre el invernaél.ero y el aire exterior será de 20º. En estas con.diciones, la transmision M de calórico á través de cada metro cuadrado de los muros y por hora, se calculará por m.edio de la fórmula: ,

T-o

M=-----

y, poniendo T - ·&--::- ~o°, e= 0'33m·,c 0'69, k = 7'70 y k' 8'60, y efectuando los cálculos, se halla M 30'4 e. Por consiguiente, la pérdida por los muros se elevará, por hora; , ' e X . =2,2 8oc . a304 75. . . . La .transmisíon del calórico á. través de los vidrios, será: 128 X 11,520° 4' 50 + ~o. La pérdida de ·calórircó á través del suelo del invernadero, ~erá: 110 X 0'75 X 20,.

= =

Total.

l 5,450

Los dos invernaderos están calentado~ por medio de una caldera de hierro, como la representada en la fig. 262, con la sola diferencia que no tiene d!i-afragma. La superficie de caldeo. es de dos metros cuadrados. La rejma del hogar tiene o' 40m por 0'7,5m. La chimenea es un cfündro de plancha de 5 metros de a1-

20'7

tura y de 0'2om de diámetro. Durante los grandes fríos de invierno, se•consumen unos 7 kilógramos de hulla por hora, para la calefacción de los dos inverna_d eros, lo cual re-. presenta 4k para el qu~ debe mantenerse á 15º y 3k para el otro. El invernadero de 15º se calienta por rnedio de tres tubos de hierro de 0 ' 09m de diáme~ tro que recorren los lados longitudi:m.,ales y el lado opuesto al de entrada. Uno de estos tubos parte de la cumbre de la caldera y recorre, con una inclinacion de mn centímetro por metro, uno de los lados longitudinales del invernadero, y uno de los transversales, y baja luego ligeramente por el otro lado. Al llegar al extremo de éste, se bifurca en dos tubos de retorno que marchan en sentido contrario y vuelven á reunirse de nuevo, cerca del hogar, colocado al lado de la puerta, formando entonces un solo tubo que termina cerca del fondo de la caldera. Este mismo tubo, comu- . nica con el vaso de ex_pansion y de alimen.tacion. Del punto culminante del tubo disb"ibuido,r del agua caliente, sale el tub0 de aire, . que v_á á parar sobre la cubierta del invernadern. La superficie de caldeo de los tubos, es de 3~ 0 metros cuadrados. Cada metro cuadrado de esta superficie, puede transmitir poir hora, á lo menos 500 ca_lorias, de suerte que el invernadero podrá recibir unas 19,000 calorias por bora, lo cual basta sobradameate para compensar las pérdidas de calórico que experimente, por intensos gue sean los frios. Corno se queman 4 kilógrnm06 de hulla pe,:,rhora, se utilizan 4,000 calorías por ,kilógramo; pero eL efecto útil seria mayor aún si 1a seccion de la chimenea fuese de cinco decímetros cuadrados, en vez de 3.1 1!4 que tiene. Los constructores, generi;llmente, cuentan con una traJ:!smision de 400 calorías por horn; y por metro cuadrado de superficie de caldeo . Elr otro imveniJ.adero, se calienta por medio de cinco tubos solamente, por no ser tan alta su temperatura como en el! que hemos tratado . . LOCALES OCUPADOS TEMPORALMENTE. - Sa las de asilo. - Morin hace 1-a siguiente descripcion del sistema d calefa ion y ventilacion de la sala d a il 1 esfa blecida en la . parroquia de San m r i en P aris. La, ventilacion tá al ulad:a de modo qiue

FÍSICA INDUSTRIAL

puedan extraerse para cada niño 3om3 de aire el techo, en ·el eje.de ·la sala, son los que inpor hora, y 45 para las personas destinadas al troducen la mezcla de aire caliente y trio á la servicio. velocidad de unos 0'5om por segundo : La evacuacion del- aire viciado se efectúa En la base de la chimenea hay unos. regispor orificios de aspiracton a a a, (fig. 302) tros para mo_derar, segun conveuga, la evaabiertos en los paramentos verticales de los cuacion, y tambien en l'os .conductos de.. aire muros. El airé viciado pasa de estos orificios caliente y de .aire frío, para gradúar Ia cantiá unos cond:uctos que terminan en los colec- dad conveniente. tores situados debajo del :rnelo, á cadaJado ESCUELAS.- Las disposiciones que se tomen de los muros transversales. De estos prime- deben calcularse para extraeré introducir un ros so lectores, pasa dicho aire viciado á otros volúmen ·de aire de 12 á 15 méti-os cúbicos colectores e e e, colocados transversalmente, por hora y por niño, en las escuelas primalos cuales se unen á un colector único, cerca rias; y de 15 á 20 metros cúbicos ..por indjde la base de la chimenea. Este último colec- viduo, en las escuelas de adultos. tor, es el que condu<:e el aire viciado de la Segun Morin, la capacidad de las salas dechimenea. beria ser suficiente para contener aproximaEl aire se calienta por .medio de un calorí- damente la cantidad de 7 á 8 metros cúbicos fero A, cuyo tubo de humo recorre toda la por niñü', y no de 4 á 5, como habitualmente altura de la chimenea de ventilacion. En la tienen. parte inferior de esta_chimenea se encuentra El sistema de calefaccion más sencillo que . una pequeña rejilla, para encen<l;er_un poco puede adoptarse en las escuelas primarias, conde hulla, cuando en tiempo oportuno, deba fa- siste en el empleo de una estufa .de fundicion vorecerse la aspiracion. con envolvente de plancha, que recibe el La toma del aire que deba calentar el calo- aire exterior, le calienta y le esparce por la rífero, se hace por un conducto B, y pasa por sala. El tubo de humo de esta estufa, despues · debajo del suelo de la safa. Este conducto de haber atravesado el local, pasaria al inteter'mina al exterior por una especie ~e chi- rior de una chimenea de aspi!"acion provisto menea cubierta con una rejilla, para impedir de dos aberturas, colocadas una abajo par.a la la introduccion de cu_erpos extraños. ventilacion de invierno y otra arriba para la La toma de aire del hogar se verifica en la de verano, en cuya última extraccion, el tira je _ pequeña sala C. de · la chimenea de aspiracion se produciria · El aire caliente producido por el calorífero, con mecheros de gas,. ó mejor aun, con una afluye al desvan por un doble conducto ddd, pequeña estufa de combustion lenta. e e e, establecido en el.suelo de este local, paAntes de entrar los alumnos en las salas, ralelamente al eje del edificio. debe producirse la calefaccion, sin que funEl aire frío, que debe mezclarse con el ca- cionen los aparatos de, ventilacion; pata lo liente, se toma en el desvan, desde el cual se cual, se cierran éstos, haciendo que el local dirige al conducto d d d, por medio de panta- comunique directamente con los aparatos de llas colocadas de modo que entre. por encima calefaccion. Esta comunicacion ,..se suprime del caliente. despues de la entrada de los alumnos y enLa pantalla que parte del muro divisorio y tonces es cuando se hacen funcionar los apase dirige á media altura del conducto longi- ratos de ventilacion. tudinal e e e, determina la separacion de entraEl mejor sistema para la extracion del aire da del aire caliente por debajo, y del aire frío .viciado, consiste . en establecer una corriente por encima. La longitud de estas pantallas · aspii:atoria en Ja parte inferior del local. debe ser de 3 á 4 metros, construidas-de ladriLos orificios de evacuacion se practican en llo y con un espesor de 0'05, para que no se los paramentos verticales longitudinales de la calienten demasiado con el aire procedente sala, los cuales se hacen comunicar con condel calorífero, lo cual dificultaría la entrada ductos descend.e ntes que-van á parará los sódel aire.frío. tanos, ó á un conducto colector situado deLos cuatro _orificios g g g g,, practicados en , bajo del suelo, que en la mayoria de los casos,

CALDEO

VENTIL4CION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES

termina en la base de ra chimenea de aspiracion .. La calefaccion se efectúa por medio de un calorífero, cuyo tubo de hum.o está situado en el interior de" la chimenea de aspiracion. Como la aspiracion que se produce de este modo es casi siempre insuficiente, se establecerá en la base-de la chimenea, un pequeño hogar, que prod1,1zca una vent.ilacion suplementaria, si así corivi_e ne pig. 303). . El aire nuevo, frío 6 caliente, se debe dirigir siempre hácia el techo, por uno ó varios conductos verticales, que terminen en un largo y ancho conducto que recorra toda la .longitud de la sala, susceptible de recibir el aire frío exterior, para poder graduar la temperatura del aire introducido, el cual afluye horizo'ntalmente cerca del techo. SALAS DE DIBUJO, SALAS DE CONCIERTO, CÍRCULOS, CAFÉS, COMEDORES, SALAS DE RECEPCION, ETC.-Para la renovacion ·del aire · y para la moderacion·de la temperatura, estas salas presentan una dificultad especial, á causa del gran número de aparatos de alu11:1brado ó de mecheros de .gas que contienen, los cuales ·d esarrollan ·s iempre una cantidad de calórico superior f la necesaria para la calefaccion. La regla general para evacuar el aire viciado cerca del suelo, no puede aplicarse e:x.clusivamente á este caso, sin que dé lugar á una temperatura de 30 á 35°, con un aire muy cargado de ácido carbónico; desde luego, es indispensable desalojar los gases calientes producidos por la combustion, por unos orificios prácticados en el techo· (fig. 303, sala del segundo piso), y al propio tiempo, proG_urar que afluya aire nuevo, casi siempre frío, á la mayor altura posible entre el suelo y el techo. Si, además, la sala debe estar ocupada durante ·el dia, y si durante este tiempo se la ha ventilado segun las reglas ordinarias, aspirando el aire viciado cerca del suelo, será conveniente conservar durante lá noche ci~rta ae-. tividad en la ventilacion, para facilitar la éirculacion y afluencia hácia el suelo de una parte del ai-re nuevamente introducido, que para compen~ar los efectos caloríficos de los aparatos de alumbrado, debe tener volúmen mucho más considerable que durante el dia·. Si sobre la sala no hay ningun desvan por donde puedan pasar los conductos de evaFis1cA IND.

PÚBLICOS

·209

cuacion, ·en este caso se colocarán en sitios conveniei;ites, tan apartados como se pueda de los puntos de entrada del aire nuevo, unos conductos especiales, con registros, para graduar la evacuacion de los gases calientes. El cálculo de la seccion que deba darse á las chimeneas donde se evácuan los productos de la combustion, se hará suponiendo que estos productos salen á la temperatura de 3 5°. El vofúmén de aire que debe infroducirse en la sala, se determinará con relacion á la cantidad _d e calórico que desprer1dan, por hora, los aparatos de alumbrado y teniendo en consideracion la temperatu:i:a del aire nuevo, que al penetrar en la sala, nunca .debe ser mayor de ·15º. El calórico producido por las personas no debe tampocu elevar la temperatura del aire nuevó á más de 20°. De este modo, aplicando la fórmula que ya hemos visto al tratar de la ventilacion natural

-. --· A

g a (t-T) _(H+h') ~ I

•

+a T 1

(~) + (-;;;- -

-·

D' I) + 8~H •

suponiendo el aire de la sala á 20º, y el de la chim~nea de ventilación á 35°, y conociendo la temperatura del aire e_xterior, se puede cal,eular la velocidad U del aire y luego la seccion A de 'la chimenea. CALEF.ACC10N Y VENTILACION DE LOS ANFITEATROS.-El mejor sistema de calefaccion para los anfiteatros, consiste en el empleo de caloríferos de aire -caliente (fig. 304) que se instalan debajo de la tarima del profesor ó del presidente. El aire caliente penetra en la sala por una ó dos gí-andes bocas B, practicadas en el suelo y en el centro del anfitreatro, por tres bocas C, afilertas en el zócalo de la tarima y por otras dos bocas, en los zócalos de los pasillos situados á derecha é izquierda q.e la presidencia. El aire viciado sale por las bocas de aspiracion D, D', abiertas en el paramentó vertical y anterior de los bancos, eh toda la circuntei-encia de cada fila. La velocidad del aire en estos orificios no debe exceder de 0'7om á o'8om por segundo. Toda la capacidad E, situada debajo del alfiteatro, está cerrada her.: . T. Il.-27

·, l

FISICA INDUSTRIAL

210

méticamente con dobles puertas para que sirva de cámara de aspiracion, y de epa _sale un conducto subterráneo, que termina en la base de la chimenea de aspiracion G, por la cual pasa· el tubo de humo de los caloríferos. En la base de esta chimenea, se encuentra el hogar de aspiracion, que se enciende para la ventilacion de verano. Modificaciones introducidas al sistema de calefaccion ·de los anfiteatrqs.-En vez de hacer afluir todo el aire caliente á las partes inferiores de la sala, como se acaba de indicar, es preferible, siempre que los locales lo per:.. mitan, dirigirle en par~e hácia la cubierta ó á un desván, si lo hay, por orificios uniforme_ mente repartidos en la · superficie del techo, penetrando así el aire de abajo a.rri.ba con una velocidad de 0' 5om por segundo. Esta disposicion es la que se adoptó para el gran anfiteatro del Conservatorio de Artes y Oficios de Paris. Si el aire nuevo afluye á la sala por orificios 'laterales situados debajo del techo, se les proveerá de pantallas directrices para que el aire siga_la superficie del techo, en tal caso su velocidad puede ser de I metro por segundo. El aire que se introduzca, debe tener en invierno una temperatura infe-rior de dos grados, á lo más, de la que debe conservarse en el anfiteatro, que ha de ser de unos 20º; para lo cual, el aire caliente debe pasar á través de una cámara en donde se mezcle, ó bien, deben practicarse en la parte superior de los tubos recorridos por este aire, unas aberturas para la admision del aire frio. SALAS

LAS

ASAMBLEAS

LEGISLATIVAS . -

Las grandes salas de r-eunion, tales como las de las asambleas legislativas, deben calentarse segun 16s mismos principios. A fin de que las aberturas de las puertas no produzcan entradas de aire frio, siempre incómodo, debe darse un ligero exceso de presion al aire ·caliente suministrado por los aparatos de calefaécion; para lo cual, se recurre al empleo de un ventilador que obra por insuflacion, como se practica en el Palacio de ' la Nacion, en Bruselas. A falta de este medio, se pueden disminuir los inconvenientes de las entradas de aire frio, calentando los vestíbulos, y salas contiguas, á una temperatura algo superior á la de la gran sala.

Cale/accion y v_entilacion del Palacio de la Nacion, en Bruselas.-La calefaccion se hace por circulacion de agua caliente, por el sistema Hamelincourt, y la ventilacion se produce por pulsion por medio de un· ventilador Guibal (fig. 305). En este ventilador la chimenea está dividida en dos compartimientos by b'. El airé lanzado al compartimiento b, es el que sé destina á ser calentado. El del compartimiento superior b', permanece frió . Dos compliertas c y c' móviles en unas ranuras de fundicion, sirven para graduar las secciones libres de los dos conductos, para poder variar, segun las circunstancias, los volúmenes de aire frio y de . aire caliente. Estos gases pasan luego á una cám~a de mezcla y de allí, con una temperaturá de unos 18°, á la gran sala de ios representantes. . · Al imprimir á este ventilador- un movimiento tai, que la concavidad de las alas avancen hácia fa parte inferior del conducto ensanchado, ei aire entra por el oido, pasa poi entre las alas y llega luego á la abertura de este conducto, en el cual penetra con la velocidad que posee el extremo libre de las alas : La forma de la chimenea debe estar construida de manera que ia corriente fluida, que se vá ensanchando al recorrerla, ocupe siempre completamente todas las secciones, para que no se produzcan remolinos, ni entradas de aire exterior. Guibal, generalmente prolonga la chimenea de esos ventiladores de 7 á 9 metros más allá del eje de rotacion del aparato. El volúmen de aire suministrado por ese ·ventilador, es igual al producto de la seccion de entrada, de la chimenea, por la mitad de la velocidad de la punta de las alas. El trabajo producido, en kilográmetros, es el producto del volúmen de aire sumiíüstrado en un segundo, por la depresion representada en milímetros de agua. El efecto útil _de esos ventiladores, varía entre 0'30 y 0'63; siendo tanto mayor, cuanto mayor sea la cantidad de aire que suministra. Las' figs. 306, 307 y 308 representan las disposiciones adoptadas en el Palacio de la Nacion, en Bruselas. La fig . 306 es la planta del sótano ; la fig. 308 es la seccion segun c D de la planta y la fig. 307 la seccion seg,un A B.

CALDEO Y VENTILACION DE LOS , ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

d, ventilag.or; by b' compartimientos de la chimenea de éste, la cual se prolonga hasta la cubierta del edificio. E, vaso de expansion; C, máquina Lenoir, de 3 caballOS"'de fuerza, para activar la ventilacion; K, depósito del carbon. El agua se calienta ppr medio de dos calderas a, y los tubos de circulacion se encúentran, en parte, en el corn partimiento b de la chimenea del ventilador, y, en parte, en un conducto horizontal o, dispuesto en ángulo recto con relacion á b, y comunicando con éste, por el conducto horizontal m, en el cual se produce la mezcla del aire caliente con el . aire frio, que entra, por las aberturas s, del compartimiento b', en la chimenea del ventilador. Luego, el conducto m, puede considerarse como una cámara para la mezcla. El conducto transversal o, está en comunicacion (por tres ramales) con otro c·o nducto semicircular, situado en la cubierta alrededor del techo de la sala, detrás de la.cornisa. Por las

aberturas q, practicadas de distancia en distancia en este conducto, es por donde el aire nuevo, convenientemente calentado, penetra de ~rriba abajo en la sala, con una velocidad que no debe exceder de 0'7om por segundo. En los tres ramales del conducto o, hay unos diafragmas que distribuyen el aire á todos · los puntos del conducto semicircular. El aire viciado sale por los orificios q' , practicados de distancia en distancia en la parte vertical de-las gradas. Debajo del anfiteatro, conveniente~nte desahogado, comunica con . dos conductos verticales h, h, colocadps en los extremos de la sala. Estos conductos comunican á su vez con las galerias subterráneas g, q_ue terminan en la chimenea general de evacuacion e, cuyo tiraje se activa por medio de la chimenea de las calderas e'. · La seccion de los varios conductos de evacuacion, está ca:tculada de modo que la velocidad del aire que sale no pase por segundo de la· siguiente proporción:

Con relacion á los orificios q'. conductos verticales h. 2.º subterráneos g. 3 .º general. chimenea á la 4.º J.º

La ventilacion de la sala está calculada para 400 personas y á razon de 30 metros cúbicos de aire por hora y por persona. El volúmen de aire que debe introducirse por hora en el local, será pues, de 12 1 6.00 metros cúbicos, ó de 3'33 metros cúbicos por segundo. La velocidad con la cual debe penetrar este aire en la sala, será como ya se ha dicho, de 0'7om, así pues, la superficie .total de los orificios de introduccion de este gas deberá ser de 3'33mª: 0'70 = 4'757 metros cúbicos, y corno estos orificios son en número de 34, la seccion libre de cada uno de ellos será de o' 14 metros cúbicos, aproximadamente. La velocidad del aire puro que lanza el ventilador al compartimiento b de su chimenea, es de 1 metro por segundo. La seccion de este conducto, prescindiendo del espacio ocupado por los tubos de calefaccion, será pues de 3'33 metros cuadrados. Como el aire viciado sale con , una veloci-

2II

de de de de

0'7om

r '6om 1' 5om 2'oom

dad de 0'70 m por segundo, la superficie total necesaria para el derrame de los 3'33 metros cúbicos, que deben evacuarse durante el mismo tiempo, será: 3'33 : 0'70 4'757 metros cuadrados, y como existen 104 bocas de extraccion, de forma rectangular, cada una de ellas deberá tener o' r 4 m por o'3 o m • La velocidad en las galerias subterráneas g, supuesta igual á 1'5om por segundo, dá para la suma de sus secciones 3'33 m3 : r ' 5om 2'25 metros cuadrados. La seccion libre de la chimenea general de evacuacion, se calcula suponiendo en ella una velocidad de aire de 2 metros por segundo; por consiguiente, esta seccion será igual á 3'33 m3 : 2 = r '66 metros cuadrados. Para calcular la superficie de caldeo de los tubos de circulacion del agua caliente, se supone que la temperatura del aire de la sala se mantiene á 18º C y la del aire exterior á -5º. Con estos dato·s, los 12,000 metros cú-

212

FÍSICA INDUSTRIAL

bicos de aire que deben introducirse en la sala por hora, necesitarán un consumo de calórico, aproximadamente, de 12,000 X 1'30 X 23 X 0'237 = 85,000 calorías, y suponiendo l,lna pérdida de ca.l ó!ico de un 25 por ciento, durante el trayecto del aire desde el ventilador hasta la sala, ó sea una pérdida de 21,000 calorías, el· consumo total de calórico para la calefaccion del aire, podrá ·evaluarse en 85,ooo+21 ,ooo = 106,000 calorías. · Por otra parte, se puede suponer que un . metro cuadrado de superficie de caldeo, de los ti,ibos de circulacioil, transmite sobradamente por hora, unas 400 calorías á lo menos. La superficie de caldeo necesaria para la transmision de las 106,000 calorías, será pues de 106,000: 400=265 metros cuadrados. Pauli supone que, para compensgi.r el exceso de la pérdida de calórico á través de los muros sobre el calórico emitido por las 400 p'ersonas, se necesita, .además, una superficie de caldeo igual á la mitad de los 265 metros cuadrados, ó sea 132. La superficie total de caldeo que se adopte, será por lo tanto igualá 265 + 132 = 397 metros cuadrados: Siendo el diámetro de los tubos de calefaccion de 0'145 m, para obtener la superficie de caldeo pedida, se necesitará una longitud de 882 m • En verano, cuando los..aparatos de calefaccion no funcionan, se emplea un hogar espe .cial f, para calentar la chimenea de plancha e', con la cual se activa la ventilacion. V, es la válvula del conducto de evacuacion. Si la sala no está ocupada, se cierran por medio de las compuertas c, c', del ventilador y del registro l, de los conductos g, todas las comunicaciones del local con el -aire exterior, para evitar las pérdidas inútiles de calórico. Principales datos relativos. al ventilador Guibal.-R = r '5om; r= 0'5om; l= 1'5om; velocidad de la punta ·de las alas, unos IO metros; por consiguiente: · s = 3'33 metros cúbicos; 5=0'66 metros cuadrados; s =2'664 metros cuadrados; más allá des, la velocidad del aire es de I m aproximadamente. Trabajo por segundo, unos 8 kilográmetros. · Antigua cámara di! los Comunes d-e Lóndres.-La calefacciori y ventilacion de esta cámara, se verifica por medio de una corriente de aire, calentado con ·caloríferos de agua

hirviendo, que asciende por un gran número de pequeños orificios; este aire sube hácia Ja cubierta, baja al nivel del suelo por un conducto. exterior, y penetra luego en una gr~n chimenea de aspiracion, con hogar interior. Las figs. 309 y · 3 ro representan la seccion vertical y . la horizontal de la cámara. A, ·es un muro abierto á través del cual penetra el aire libre; B, un espacio cerrado, cuyo techo está sostenido por pilares, y en donde se purifica el aire, de las materias qµe tiene en suspension al pasará través de .tejidos gruesos, ó de capas de cok humedecido; · C C, el con- ✓ dueto situado debajo de la cámara, por el · cual pasa el aire y sale por los orifi~ios rectangulares D, practicados en su parte superior. Al salir el aire de las cámaq1.s B, pasa- al conducto C C, por los orificios E y F; el primero, es el que conduce .el aire frío, y el segundo, el aire calentado en los caloríferos de agua G. Las puertas 1, 2, 3, 4, 5 y 6, que sirven de 1=egistro, _permiten variar la cantidad de aire que pasa á través del calorífero. Al salir el aire de los orificios D, penetra en la cámara por miles de orificios·, subdividiéndose alin más al atravesar un tejido ó alfombra de crin que cubre el suelo. U na parte del_aire se destina para atravesar el suelo de las ·tribunas. El aire sale de la cámara por un gran número de peqU€:ños orificios practicados en el lambrequín que adorna el techo y pasa á la cubierta, descendiendo por un conducto vertical, y pasando luego-Por otro conducto I colocado en el suelo, á ·una chimenea de ~spiracion. K. Esta chimenea está instalada á 6 metros de la fachada más próx1ma; su altura es de 33'41 m; su diámetro· de 3'64 m en la base y de 2' 43 m en el vértice; la rejilla_- del hogar de aspiracion del interior de la chimenea está situada á 2'43 m sobre los orificios de entrada. Los registros colocados en el conducto de bajada permiten variar la ventilacion. Palacio del Congreso de Madrid. - Los aparatos de calefacci_on y ventilacion de este edificio, fueron instalados por René-Duvoir. Tanto la sala de reunion, como- la galería que la rodea, y las salas contiguas, están calentadas por corriente de aire caliente distribuido en condµctos situados deb.a jo de las gra_?-as; los orificios de salida, están situados

CALDEO

VENTILACION DE ro·s ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES

en el pavimento de. las· mismas; el aire sale de las salas por aberturas pr¡1cticadas el) el techo y afluye á cuatro grandes chim©n'eas en donde se encuentran los tubos de aire caliente y hogares especiales: estas chimeneas están cerradas por la boca y están provistas de aberturas· laterales. · CALEFACCION DE LAS lGLESIAs.-Las igle-· sias son, en general, muy mal sanas á causa . de la humedad que habitualmente hay en ellas y PC?r la falta de-una temperatura conveniente; rara v~z lo son por f~lta de ventilacion, por cuanto,. siendo las naves muy _altas contienen un volúmen de aire inuy superior al que se necesita durante las ceremonias, existiendo ·además casi siempre una renovacion de aire rriuy considerable por las puertas y las ren~ijas de los ventanales ;- La humedad de las iglesias, es por otra parte, una· de · 1as causas que más infl~yen .en el deterioro de los objetos de arte que se admiran en ellas. Así, pues, es -muy útil calentar y sanear las iglesias, mayormente cuando, en las grandes ceremonias, se cubren -las paredes con paños y otros ornamentos, y muchas veces, para el mejor efecto, se cubren tambien las aberturas. . La ven.tilacion y calefaccion de estos edificios se ejecuta por medio de caloríf~rós de aire, ó de agua calientes. En este último caso, segun Peclet, la mejor disposicion es la siguiente: se establece un conducto de ladrillo debajo del eje de la na_v e central. E~ _la . parte superior de este conducto, se p1mctican cierto número de cavidades cilíndricas cerradas por su parte superior, al nivel del suelo, por medio de rejillas de fundicion, colocándose en cada una de estas cavidades, una estufa de. agua caliente. En los ejes de las naves laterales, se disponen un gran número de cavidades cer,radas del · mismo modo .que las primeras, al nivel del suelo; y debajo se· colocan unos conductos horizontales que-van á parar al conducto central, en los cuales se hallan los tubos de circulacion del ag,ua caliente. De este modo el aire caldeado a¡;ciende por la parte central de la iglesia y desciende por las caras lateral~s, para calentarse nuevamente al pasar alrededor de las estufas. Los tubos horizontales de retorno del aire, deben estar. provistos de registros, ·para poder intro-

PÚBLICOS

213

ducir en el canal central el aire exterior ó el aire de la iglesia. Los orificios de los ventanales y los que siempre existen en las bóvedas, bastan para la evacuacion del aire viciado. · La caiefaccion por medio de caloríferos de aire caliente, se practica de un modo análogo, estableciéndose estos aparatos debajo de la nave central. TEATROs .-Principios de la calefaccionyde la ventilacios de los teatros.-St'stema d'Arcet. -Hasta aquí se harr empleado dos sistemas, para la ..entrada del aire de ventilacion: ó bien se hace entrar este aire, tomárn;lolo del exterior y calentándolo á 25 ó 30°, por orificios pequegos practicados en el tablonado de la orquesta y de·ía platea; ó bien, se le introduce primero en los corred.9res de los palcos (figura 3 I I) y se le conduce -luego á la sa__!g_ á través de los huecos de los pisos. El primer sistema, tiene el inconveniente de producir, alguna incomodidad á-los espectadores, por las corrient_es de aire_casi siempre muy calientes en invierno y muy frias en verano; por lo mismo, es preferible el segu11do sistema. En el sistema d'Arcet,. se utiliza la araña del centro para producir tanto la ventilacion de la sala, como la de los corredores y la del escenario; para lo cual, s·e establece encima de aquella una gran chimenea de aspiracion terminada en un casqm~te que se cierra con una trapa de dos hojas. En el escenario·, hay µna segurida chimenea que sirve para la salida de los gases procedentes de los fuegos de · Bengala, ó de la pólv·ora q_ue se emplea en ciertos espectáculos. Si bien puede contarse con una velocidad de 2 metros en la chimenea; con todo, la del_ aire caliente al entrar en la sala, no debe pasar de 0'5om, para que no se produzcan corrientes demasiado enérgicas, que molestarían á los espectadores. Para obtener igualmente una ligera v entilacion en el fondo de cada palco, Arcet establece entre los tabiques, unos tubos de poco diámetro que desde dichos palcos _van á la chimenea de aspiracion, juntam ente con un postiguillo de rejilla , que permite la introduccion casi insénsibl del aire en el palco, al encontrarse cerrada la puerta .

FÍSICA INDUS'F-RIAL

214

El anfiteatro, si lo hay, se ventiÍa con un tubo ~special, que pone en comunicacion directa su techo con la abertura de la ,araña. La temperatui:a_ de las chimeneas de aspiracion . de la parte superior de la araña, es de 20 á 25 gr-ados. Para que sea mayor la ventilacion, al encontrarse á 20º la temperatura exterior, basta subir un poco más la araña, en cuyo caso será más alta la temperatura de . la chimeneaj y la ventilacion . se establecerá inmediatamente, en las mejores condiciones. Este es el motivo por el €Ual, es muy conveniente, que la seccion de las chimeneas de aspiracion, sea muy grande. . Los tubos de ventilacion directa que se establecen en el fondo de los palcos, permiten que llegue á ellos la voz del actor, cerrando completamente la chimenea <;le aspiracion de la escena y disminuyendo el paso de la de la araña. Cuando en una representacion, se producen emanaciones de pólvora, gases de azufre, ó humo, se cierran, por el contrario, todas las bocas de aspiracion de la sala, con lo cual se desaloja rápidamente, sin que el penetrante olor ó expansion de gases se note por los espectadores, á los que la falta de ese requisito molestaria mucho. La misma chimenea de aspiracion, permite sanear igualm~nte los cuartos de los actores, comunicando con el escena- a rio por medio de tubos de pequeño diámetro. Disposíclones propuestas por el Dr. Reíd. -Estas disposiciones son análogas ·á las de Arce t. La figs. 312 y 313 dan una idea de ello. El aire puro penetra por dos chiméneas de aspiracion, dese.endentes, colocadas una enfrente de la platea y la otra al fondo del escenario. Así que ha llegado el aire á la parte inferior .de estos conductos, pasa á través de una criba y de un· ,chorro de · agua, que sirven, la primera para impedir el paso del polvo que arrastre y et segundo para enfriar el aire. Al ·salir de estas chimeneas, el aire pasa por tubos calentados por circulacion de agua caliente, y se reparte entre dos . grandes cámaras de distribucion, colocadas una debajo de la plateá y .debajo del escenario la otra. Desde dichas cámaras, una parte del aire pasa directamente á la sala, á través de los pavimentos porosos, y otra parte pasa por otros conductos ascendentes que le llevan á los corredores de \

los palcos y al espac~o hueco de debajo del anfiteatro de la galería sup~rior, vulgarmente llamado paraíso. ~esde esta última parte, pasa el aire á · la sala, por aberturas practicadas al nivel del ·piso, unas en el múro de detrás de los palcos, y otras en lo alto de los peldaños que forman la galeria. El aire viciado converge _de todos los puntos de la sala, hácia la chimenea de la araña, situada en el centro de un espacio cerrado, con el cual comunica por medio de persianas. A este espacio llega el air_e viciado de la escena, el que procede de la galería superior, así como tam~ bien el aspirado por los tubos situados debajo del techo de fos palcos. La chim'e nea especial colocada en el fondo del escenario, sirve para su rápida ventilacion. · Este sistema tiene la ventaja de p.oner constan.t emente á los espectadores, en contacto con el aire puro, puesto que la corriente ase.endente en donde se encuentran, arrastra necesariamente el aire viciado que expelen, cuyo gas, á causa de su temperatura más elevada que el de la sala, tiende necesariamente á subir. Con todo, al lado de estas ventajas, el sistema del Dr. Reíd, presenta dos inconvenientes que dificultan su :._a dopcion: 1. º Las corrientes ascendentes que pasan por- los piés y entre. las piernas de los espectadores, son muy molestas, por ser demasiado .calientes en invierno y demasiado frias en verano. 2..º El polvo que arrastra el aire, se va depositando en el suelo poroso y al penetrar el aire frio ó caliente, lo levanta, molestando tambien á los espectadores. Trabajos pracjícados por una comísíon francesa nombrada para diotamínar sobre la ventilacion y calefacclon de los teatros.-La chimenea de la araña renueva bastante bien el aire de las -salas de espectáculo mientras está bajado el telon, no sucediendo lo mismo durnnte la representacion; es decir, cuando el telon está subido, p,or cuanto, entonces, el aire nuevo afluye del interior del ¡eatio dirigiéndose hácia la chimenea de la arafia sin producir una verdadera ventilacion o.e la sala. Esta corrient-e de aire tiene además el inconveniente de ser más fria que el aire de la sala, con lo cual se molesta á los espectadores que se encuentran á su paso. Para atenuar dichos inconvenientes, debe reducirse, en pri'mer lu-

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

gar, cuanto se pueda,, la corriente de que se trata, utilizándola al propio tiempo . para la introduccion del aire caliente en la sala. Con este objeto, la Comision propone el empleo de aberturas de rejilla y conductos verticales, practicados en los paramentos de los muros laterales, cuyas aberturas y conductos, comuniquen en invierno, con la cámara de los caloríferos, y en verano, con .otros conductps reservados á cada piso, situados en los pavimentos, para que se produzca la entrada del 1:1ire exterior. Para disminuir la corriente que sale del escenario, la Comision propone modificar la disposicion de la chimenea de la araña y el sistema de extraccion del aire viciado, de la siguiente manera: Sobre la araña, se colocará una chimenea de plancha, en forma de cono, es decir, que la boca sea más estrecha que la base, y cuyo jnterior esté pulimentado. Para una _araña de 34 mecheros, que cada uno de ellos consuma 67 litros de gas por hora, · una chimenea de 5· metros de altura, y 0'21m de diámetro; la cual provista de un casquete de tronco de cono, de 0'082 m de diámetro, aspirará por hora r 13'32 metros cúbicos de aire, volúmen suficiente para la buena combustion del gas. La temperatura del aire expelido será de 132º, la velocidad, de 592m, y el volúmen de aire suministrado por metro cúbico de gas consumido, de 20 metros cúbicos. La chimenea de la araña, vá á parar á la gran chimenea d~ aspiracion (fig. 311), cuya parte inferior está cerqda. De este modo, la corriente de aire que se dirige hácia la araña, sólo sirve para producir la combustion regular del gas. En cuanto al calórico arrastrado por los productos de la combustion, se le utiliza para la ventilacion real de la sala; á cuyo fin, se cierra la parte inferior de la chimenea de a~piracion, y ella es la qúe recibe los tubos de conduccion del aire viciado que se extrae de la sala. Cada metro ,cúbico de gas consumido por la araña basta sobradamente par.a la extraccion de r ,ooo metros cúbicos de aire. La extraccion del aire viciado, se verifica por unos orificios practicados en el fondo de los palcos, en los paramentos verticales de las gradas de los anfiteafros, y en los paramentos de los asientos de platea y de orquesta. Los

215

orificios de evacuacion del aire v-iciado de la orquesta, de la platea, de las bañeras y de las primeras galerías, comunican por medio de conductos, con dos grandes chimeneas de aspiracion, instaladas á derecha é izquierda de la sala. Estas chimeneas suben hácia el techo, en donde se unen á la gran chimenea de la araña. Estas mismas chimeneas, están divididas en tantos conductos verticales, corno pisos haya. Se les calienta por medio de los tubos de humo de los caloríferos, y en verano, con hogares especiales. Además, y por poco que se pueda, á ellos se dirigen los productos de la com bustion de los varios mecheros de gas ' que haya en la salá y en los corredores. Nueva ópera de Viena.-La calefaccion y la ventilacion de este espacioso edificio, cuya sala puede contener 2,700 personas, se instaló bajo los planos del doctor Boehm. Este teatro, se encuentra completamente aislado en el centro de una plaza. Tiene tres entradas, una en la fachada prinéipal y una en-cada una de las fachadas laterales. La extraccion del aire viciado se verifica por la chimenea de la araña, como se acostumbra. La introduccion del aire nuevo tiene lugar por pulsion, empleando un ventilador de Heger, muy semejante á una turbina horizontal, de tres metros de diámetro, y cuyas coronas tienen 50 centímetros de altura. Este aparato reéibe el movimiento por una máquina de vapor de 16 caballos de fuerza ; dá de 100 á 120 vueltas por minuto y suministra de 40,000 á 120;000 metros cúbicos de aire por hora. El aire exterior penetra por un pozo abierto en el terreno y comunica con un conducto subterráneo de 20 metros de largo por 9 metros de alto y 7 metros de ancho, susceptible de cerrarle con una puerta de dos hojas y en el cual se halla un aparato de cafefaccion á vapor, que sólo se utiliza durante los grandes fríos. A la salida de dicho c..onducto hay unos tubos de hierro, provistos de un gran númerode aberturas, por las cuales sale á gran presion el agua destinada, en verano, á enfriar el aire, despojándole del polvo de que está cargado. Despues de haber atravesado este primer espacio subtertáneo, pasa el aire á un conducto que le dirige al ventilador, el cual le arroja

216

FÍSICA INDUSTRIAL

á una cámara, de donde sale por tres conductos; el del centro le conduce á un~espacio situado debajo de la platea: y de los palcos, y· los otros dos, situados á los lados, le conducen inmediatamente á un espacio .anular que rodea al anterior y está situado debajo del corredor de los palcos. El espacio inferior de debajo del suelo de la sala está dividido en tres pisos ó cámaras, llamadas, á causa de la mision que desempeñan, cámara de entrada, cámara de caldeo y cámara de me~cla (fig. 314). En el espacio inferior, penetra el aire del ventilador; de allí, pasa una parte directamente por tubos de 0'94 m de diámetro, al espacio superior; y, por unos orificios anulares practicados alrededor de estos tubos, otra parte penetra en el espacio central, en donde se pone en contacto con dos séries de tubos de hierro estirado calentados con vapor: estos tuoos tienen 5 centíme ros de diámetro. El aire calentado de este modo, pasa luego por otros orificios anulares practicados _igualmente alrededor de los tubos de gas situados en el tercer espacio, en donde se mezcla en cantidad suficiente, con el aire frio que sale de abajo; desde luego, este espacio hace las veces de una cámara de mezcla. Los volúmenes de aire fria y de aire caliente que deben penetrar en esta cámara, se gradúan por medio de dos registros; el registro para el aire frio consiste simplemente en un disco horizontal, susceptible de aproximarle ó separarle de la abertura inferior del tubo de paso, para disminuir ó aumentar la seccion del orificio de entrada; el registro para el aire caliente, se compone de un casquete en forma de cono truncado, que resbala á lo largo de la extremidad superior del tubo de paso, bastando bajarle para disminuir el volúmen-de aire caliente que se quiera introducir en la cámara de mezcla. Estos registros, así como tambien las puertas de los conductos de aire, se manejan desde el despacho del inspector, el cual tiene enfrente de sí unqs indicadores eléctricos, con los cuales conoce la temperatura de las varias partes del edificio. El espacio anular que se encuentra debajo del corredor de los palcos, está tambien dividido en tres pisos que desempeñan las mismas funciones que los del espacio central. En

la cámara de calefaccio_n, hay 21 filas de tubos de vapor para calentar el aire. Desde la cámara de mezcla central, el aire pasa á una cuarta cámara; y de ésta, con una velocidad de 0'3om, á través del piso taladrado de la platea, por debajo de los asientos de ésta y de los de las galerías primera y segunda de la cámara de mezcla de la parte anular, el a[re_ pasa á la tercera y lá cuarta galerias. Esta separacion de alimentacion, tiene por objeto asegurar la eficacia del sistema. E1 aire que · por los conductos verticales penetra en los corredores d~ los palcos, hace lo propio luego en éstos, por aberturas practicadas en su misma puerta. El aire que de la cámara de mezcla anular, penetra, por conductos verticales tambien, á_ las galerias superiores, se introduce en la cámara hueca de debajo de las galerías y llega al público á través de las alturas verticales de los peldaños. La extraccion: del aire viciado, se verifica de varios modos: una parte, sale por la abertura de la araña; otra, sale por muchas aberturas rectangulares practicadas en la cornisa hueca del techo (fig. 315); por último, como veremos luego, otra parte sale por . medio · de .Jas chimeneas del sinnúmero de mecheros de gas situados alrededor de los palcos. En cuanto al aire viciado de Íos anfiteatros de la tercera galería y de la cuarta, se extrae á través de los conductos que parten de la parte sup_e rior del contorno del muro del fondo, y·terminan sobre el techo en la chimenea central. La temperatura en la chimenea varía entre 30 y 38)grados, y la de la sala entre 18 y 23 grados, segun las estaciones y el funcionamiento de los aparatos. Independienteme nte de la araña, se emplea, para el alumbrado de la sala, un. grari· núm;ro de aparatos de gas situados alrededor de los : palcos. El calor producido por estos mecheros se utiliza igualmente para la ventilacion, para lo cual, encima de cada vno de ellos hay uná chimen~a de cobre, de 7 centímetros de diámetro, que recibe los productos de la com- , bustion. Esta chimenea pasa por debajo del suelo del palco inmediata á la superficie, y vá á parar á un conducto vertical de II centímetros de diámetro, que recibe los gases quemados de todos los mecheros situados en 'llna

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

misma vertical. Todos. estos conductos verticales, desembocan en un conducto colector (fig. 315) de 1'80 metros de altura por o'8om de ancho . Este conducto dá la vuelta á la sala por detrás de la cornisa, y comunica, por una parte, con las aberturas practicadas en ella, y por otra parte, con la chimenea de la araña, que consiste en un cilindro de zinc de 3 metros de diámetro, terminada en Qn tubo curvado horizontalmente y móvil, destinado á aumentar la ventilacion utilizando la accion de los vientos. En la chimenea se halla una trapa de dos hojas y un ventilador aspi~ rante, que sólo se utiliza en caso de necesidad, el cu~l se activa por medio de la máquina de vapor del teatro. Para la ventilacion de verano, independientemente del acceso de aire que hemos indicado, se puede introducir el aire frio por la parte superior y á través del techo, para lo cual, debajo del conducto circular que suministra el aire á los palcos, se instala otro, llamado conducto de verano, que se alimenta con aire puro, por medio de una válvula. colocada detrás del ventilador y debajo de él. En cada uno de los cuah:o ángulos de la sala, hay un pozo vertical que introduce el aire frio á la parte hueca del techo, desde el cual pasa á la sala por una abertura situada en su contorno. La ventilacion se efectúa á razon de 3 5 metros cúb~·c os por hora y por persona. SANEAMIENTO DE LOS ESTABLECIMIENTOS INSA-

Operaci·ones industriales insalubres. -Las-operaciones industriales que reclgman medios saneables-, pueden dividirse en do$ clases; L ª, las que infectan la atmósfera. general; y 2.3 , las que son insalubres para los operarios. El saneamiento de las fábricas y los procedimientos de industria insalubres interesan en alto grado al ingeniero y muy particularmente al industrial, siendQ. este un punto que en manera alguna debe desatender, ñ.o tant-o bajo el punto de vista in'tlustrial, como bajo el punto de vista humanitario. ln/ecct'on · de la atmósfera en g eneral.Causas de la infeccion de la atmós/era.-El aire puede infectarse por los gases minerales Y por los vapores orgánicos, los cuales, en general, exhalan olores más ó menos repugnantes y nauseabundos muchas veces. LUBRES. -

FÍSICA IND.

217 ,

Gases in/ectantes.-Entre los gases minerales que ciertas industrias e;parcen por la atmósfera, citaremos los vapores nitrosos, cuya causa principal es la fabricacion del ácido sulfúrico; ·1os v apores de ácido hidroclórico, que provienen de las fábricas de sosa; el cloro, cuya principal causa es la fabricacion del cloruro de cal y de los cloruros alcalinos; el ácido sulfuroso, que proviene de las cámaras de plomo, de la combustion de las hullas sulfurosas, de los hornos de cok y de las fábricas de cobre y de plomo; el hidrógeno sulfurado, que se produce en gran cantidad en el tratamiento de las aguas del gas del alumbrado, así como tambien de la preparacion del oxicloruro de plomo; el ácido arsenioso, que se forma por el paso de ciertos metales en los hornos. Entre estos varios gases, hay unos cuya influell,fia perniciosa se deja sentir hasta en los vegetales, entre los .cuales figuran principalmente el ácido hidroclórico, los vapores nitrosos y el ácido sulfuroso. La influencia de estos gases es tal, que, en los alrededores de los puntos en donde se producen, no se vé un solo vegetal que no esté completamente desprovisto de bojas. Medios preventivos. - Para evitar estos efectos, se h an dictado leyes que obligan á los industriales á condensar los gases perjudiciales en la proporcion de 95 por 100 y verter el resto á grandes alturas en la atmósfera, por medio de chimeneas muy elevadas. En Inglaterra se han construido con este objetq chimeneas d~ 60 y de 80 metros de altura. La que Tanuzen hizo construir en Glasgow, tiene, desde el arranque de los cimientos, al yértice, 142 metros de altura, 9'75 ,n á flor de tierra, 3'70 m en la corona, y costó 200,000 francos. Esta chimenea, se utiliza para exhalar las emanaciones que resultan de la fabricacion de los abonos artificiales. En Francia, esta clase de chimeneas no son tan altas corno en otros países y están comprendidas ordinariamente sus.alturas entre 30 y 40 metros; sin embargo, en alg unos esta blecimientos de primer órden, varían e ntre 50 y 60 metros ; la chim en a que Malet.ra ti ne en Ruan, que es la más alta de Francia, tiene 74 metros. En Bélgica, existen icrualm ent algunas T. II. - 2

FÍSICA lNDUSTRIAl

chimeneas bastante altas, tales como las de .... Floreffe y de Sainte-Marie d'Oignies, que tienen 100 metros de altura la una y 96 metros la otra, sobre el nivel del suelo. Por lo general-, las chimeneas pylgas acostumbran á tener 60 metros, siendo de 30 metros las más bajas (1). En el dia todos reconocen, que cuanto más alta está la boca de una chimenea, mucho menores son los efectos destructores de las emanaciones que se exhalen, no tan sólo en un punto dado, sí que tambien dentro de1 círculo de su accion. Vapores orgánlcos .in/ectantes. - Existen tambien otras industrias dedicadas al trabajo de las materias orgánicas, que dan lugar á produccion de vapores orgánicos infectantes, de los cuales vamos á tratar muy sucintamente, indicando al propio tiempo los procedimientos de desinteccion que .se conocen. Gelatina, cola fuerte, . grasa, sebo, etc.En la preparacion de estas materias y de otras varias de la misma clase, se forman hedores nauseabundos durante su ebullicion, que es preciso evitar que se esparzan á poca altura·, ó en su defecto condensarles debidamente para que no molesten á la vecindad . ., Los señores Vickers, de Manchester, tienen ~instaladas unas calderas 'Q, para disolver los huesos, perfectamente bien cerradas (fig.316), excepto una abertura lateral A, por la cual salen los vapores, para pasar á un conducto comun C, por donde circulan las llamas de los hogares. La aspiraciones muy enérgica, por cuyo motivo se arrastran, no tan sólo to• dos los vapores, sí que tambien cierta cantidad de aire que entra por el orígen de cada tubo de salida. La combustion se verifica en elinterior del conducto, llegando así los gases á la chimenea casi desinfectados. Para que esta desinfeccion sea completa, los vapores deben pasar á través de un hogar de cok., como se practica en Morecambe, cerca de Lancáster. Cada caldera puede quemar sus vapores en su propío hogar. _

- Debe observarse que los hedores no se engendran solamente durante las operaciones, sí que tambien en los depósitos de las prime- ' ras materias, lo cual se evita mojándolas con agua que contenga de 2 á 3 milésimas de ácido fénico. Abonos artifidales.--La mayor parte de los abonos artificiales se obtiene por el tratamiento del ácido sulfúrico, de u_na mezcla de huesos y de fosfatos naturales, .ó tambien, tratando con el mismo ácido los despojos animales. Los procl.uctos gaseosos de la operacion consisten . en vapores orgánicos y en varios ácidos minerales, tales como el carbónico, el sulfuroso, el nitroso, y, en algunos casos, el clorhídrico y el fluorhídrico. El método que generalmente se sigue, consiste en condensar y quemar luego. Carbon de huesos, revivificaci-on del negro animal.-La mejor disposicion para destrqir los hedores que se producen en la fabricacion del negro animal, consiste en tratar los gases que se·de prenden ·de los huesos como el del alumbrado; es decir, en depositarle aparte y someterle á una depuracion conveniente, para quemarle luego y utilizarle para el alumbrado. En cuanto á la revivificacion del negro animal, esta operacion exige ciertos cuidados relativos al lavado. •. Candelas y bujias.-Los sebos brutos fundidos dan lugar á fuertes emanaciones, á las cuales debe .añadirse la saponificacion de las bujias, si bien éstas son en menor -grado. En el vasto establecimiento de Price, en Battersea, y en la gr_a n fábrica que los señores Rocamora tienen establecida en Barcelona, la fundicion de los sebos brutos se opera en grandes cubas Q, provistas de tapas planas de plomo A, re.machadas al envase y perfectamente herméticas (fig. 317). En el centro de la tapa, un orificio rectangular de 0'80 m de lado, con cierre hidráulico T T, permite alimentar la cuba. A esta tapa está unido el brazo menor de un tubo en V invertida A B C, de 15 centímetros de diámetro, · cuyo brazo mayor de ·4' 50 metros de longitud se introduce en el suelo del taller, · terminando en un con(1) La que los señores Roca mora están construducto D. A la parte inferior de este tubo está yendo en Barcelona, en su fábrica de jabones y seunido otro más pequeño E, que comunica bos tendrá 60 metros de altura. , con una bomba impelente F, la cual lanza con (Nota del T.)

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBUCOS

fµerza, de ab_!ljo arriba, una especie de lluvia de agua fria, á cuyo contacto los vapores de la cuba se condensan instantáneamente , con lo cual cae el líquido combinado con todos los :rniasmas al •conducto D, y de allí se pierde en el Támesis, en la fábrica de Price, y en un ~rroyo que le conduce al mar, en la fábrica de los Sres. Rocamora. Las cubas de saponificacion están provistas de aparatos de ·condensacion semeja_n tes á los anteriores. Barnices, esmaltes, tint~ de imprenta, etc. -Las fábricas de barnices, emple'1n, ya la combustion, ya la condensacion. En Lóndres, en el establecimiento de los señores Wilkinson, Heywood y Compañia, cada cuba ó ·caldera para preparar el barniz tiene un.a tapa cóncava, en cuyo centro hay un orificio A de 10 centímetros, por el cual el operario agita la mezcla (fig. 318), los vapores se reunen en la parte superior, entre el borde de la cuba y el de la tapa, y de allí salen por un conducto general B D, que comunica con el .aparato de condensacion E E E,·colocado al aire libre. Este aparato, se compone de 18 tubos verticales comunicantes, de 3 metros de altura y de 12 á ' 14 centímetros de diámetro, dispuestos en filas paralelas. La primera está en comunicacion con un ventilador de paletas V, que produce uná aspiracion enérgica en todo el sistema, y hace afluir los vapores de las cubas mezclados con el aire atmosférico que penetra por los orificios de las tapas. Durante su trayecto, los vapores se condensan rápidament~ y se juntan en la parte inferior de los tubos, formando un líquido negruzco, de composicion mal definida, que se manipula despues de un modo especial, con fórmulas secretas que cada industrial guarda para su uso. La calefaccion se verifica por medio de un hornillo de gas G. Los fabricantes de tinta de imprenta, para hacer sus barnices, se limitan ordinariamente á cubrir las calderas con una banasta que transmite los vapores á un hogar. Operaciones insalubres para los operarios. -Medios prev~ntivos que se emplean.-Los procedimientos empleados para garantir la ~alud de los opera;·ios no son en gran número, pues consisten casi únicamente en la ventilacion natural de los talleres y en algunas pre-

219

cauciones casi siempre muy vulgaresy"rutinarias. Esta observacion se aplica, de un modo general, á la preparacion del cobre y del plomo, de las sales de cobre, del arsénico y de sus compuestos, de las ama1gamas de mercurio, la manipulacion · de las pastas fosfóreas y la fusion de los metales y de las mezclas inetáli,cas. Empleo de los ventiladores.-En ciertas industrias se han ensayado los ventiladores mecánicos para arrastrar.los polvos perjudiciales á l9s operarios, pudiéndose cit~r en primera línea las fábricas de cuchillería. En las salas de afinacion, los operarios están expuestos al polvo producido por la piedra, y al acero, que se desprende durante el trabajo de la muela. Las enfermedades que de ello resultan son muy graves, acabando casi siempre por ser mortales. Para evitar estos accidentes se ha ideadó introducir en la parte interior de la muela el orificio de un tubo qué comunique con u.n ventilador de paletas. Colocado el operario al otro lado de la piedra, enfrente de este orificio, el polvo que produce al afilar las herramientas sale tangencialmente y se dirige al tubo, el cual lo aspira con viveza hácia su interior. Las manufacturas de agujas requieren un procedimiento análogo, puesto que el afilado de las mismas es tan perj_udicial como el de las .htrrramien tas. En las manufacturas de algodon, de lana, de cáñamo y de lino, los ventiladores son los aparatos que prestan más utilidad bajo ·el_punto de vista higiénico. · En las demás industrias, se recorre á la ven..: tilacion por el calórico, para desaloja1· los gases ó vapores perjudiciales á la salud. Sanea1niento de las hilanderías de Uno, de algodon y de lana.-EI trabajo de estas mate-· rías, en particular de las dos primeras, ocasiona una gran insalubridad, á causa del polvo y de los filamentos vegetales que se esparcen por los talleres en los vp-rios períodos de la fabricacion. El procedimiento que generalm_e nte se emplea en las tres industrias; consiste en la ventilacion artificial, la cual se ejerce de dos modos distintos, segun se aplique á los mismos talleres ó directamente á las máquinas que ejecutan los trabajos preliminares.

220

FÍSICA INDUSTRIAL

La hilandería de lino de la Lys; en Gand, · nuevo por cierto número de bocas situadas en puede considerarse como un verd.adero tipo el techo . . En cuanto á la desecacion de las lanas, la en su clase. Este magnífico establecimiento posee 50,000 brocas y en él están ocupados mejor disposicfon consiste en extenderlas sobre una rejilla que constituya la cara supeJ ,700 operarios. Las 25 máquinas de cardar que contien~, están instaladas en una sala de rior de una gran caja bien cerrada por todos grandes dimensiones provista de ventanas á lados, cuyo aire interior se aspira con un venambos lados. En verano, las cardas funcio- tilador en_érgíco, mientras que_se hace pasar nan al aire libre, por estar completamente una corriente de aire caliente hácia el techo. abiertas las :ventanas, que, por otra parte, Con esta disposicion se sanea la atmósfera, son muy grandes. En invierno, se cubren las siempre malsana, que se produce en los decardas con una envolvente bien cerrada que secadores. CMmeneas de aspiracion.-La fabricacion comunica con un gran conducto subterráneo, situado longitudinalmente al taller, y en el de los cloruros de cal se ejecuta casi siempre cual acciona un ventilador muy potente. Las en grandes sª-las, en donde penetran los opemermas se van depositando en cinco pozos de rarios para retirar los productos; así pues, es 1'8om de diámetro abiertos en el patio. Inde- indispensable que se lás ventile bien, para pendientemente de esta disposicion, existe cer- que no exista nunca así un excedente de cloro, ca de cada máquina_ un tubo vertical de r 5 cen- estableciéndose para✓ ello una comunicacion tímetros de diámetro y de un metro de· alto de las cámaras con la chimenea de la fábrica. que comunfca con el mismo conducto longi- Se abre la puerta opuesta, con ello se establetudinal y cuya mision consiste en aspii:ar el ce una corriente y todo el cloro excesivo es polvo que sale de las cardas. Por último, hay aspirado con rapidez. otro ventilador de menos potencia, situado en- - En los talleres de platería, de plateado y tre el techo y la cubierta, que aspira el aire de. dorado galvánicos, se quita el polvo, el hila parte superior de la sala y le arroja al ex- drógeno que desprenden las pilas y los áciterior, por encima de dicha cubierta. En los dos, por medio de chimeneas de :ventilacion, extremos del taller se colocan dos ventilado- de plancha, que aspiran el aire cerca del teres suplementarios, para compensar ia dismi- cho, ó bien se disponen los aparatos perjudinucion de efecto que resulta de la distancia. ciales en el interior de unas cajas que comuEl único detalle que deja algo qu~ desear, se niquen con una gran chimenea ó con un tubo refiere á la evacuacion del polvo hácia los poen el cual queme un potente mechero de gas. Respiradores.-En las fábricas de vidrio, zos, por cuanto no queda suficientemente reoperarios ocupados en la pulverizacion de los viento, de poco un tenido en éstos y al soplar pasa á través de los orificios abiertos de las .las primeras materias, del esmeril, y eD; parsalas contiguas. Lo mejor seria lanzarle á la ticular en la composicion de las mezclas (cal, chimenea de la fábrica, pero esto podría dar sulfato de sosa, arsénico, manganeso), se utilizan unos respiradores, compuestos de telas lugar á incendios. Las precauciones que deben tomarse con el metáHcas de malla muy pequeña, que se apli·mismo objeto en las hilanderías de algodon, can á la boca y narices, á fin de ·impedir la puede decirse que son las mismas que lasque aspiradon del polvo. Tambien se emplean respiradores en los se acaban de indicar con relacion al lino. · En las hilanderías de lana es muy conve- trabajos de las cloacas y en los hospitales. Ventilacion de las minas.-La ventilacion niente colocar las máquinas de cardar, que producen siempre abundante polvo, en un de las minas es indispensable _,, para suminisá los operarios nuevo aire continuamente trar ventilarse, de susceptible y local separado además, en las y, galerías las en trabajan que máxime si se emplean para ello ventiladores minas de hulla, para neutralizar los efectos mecánicos. Las salas para hilar se ventilan con venti- de la aspiracion del hidrógeno carbonado que ladores muy potentes que aspiran el aire por se desprende de los filones. Los medios de los extremos, permitiendo la entrad~ del aire ventilacio,1r son de dos clases: chimeneas en

•

CALDEO Y VENTILACION DE LOS ESTABLECIMIENTOS PARTICULARES Y PÚBLICOS

las cuales se calienta el aire por medio de un hogar, y máquinas aspirantes; . en ambos casos,-los trabajos ·subterráneos se disponen de modo que el aire exterior baje por un pozo especial hasta las galerías más profundas, las cuales recorre, y pasa á otro pozo que comunica con la atmósfera exterior y en el cual, ó eri cuyo extremo mejor dicho, se encuentran los medi0s de aspiracion. · Casi siempre la corriente de aire se divide en varias partes, que recorren simultáneamente -los distintos pisas, y como en cada uno de ellos las galerias afectan direcciones y secciones tan variables, es muy difícil poder determinar por el cálculo, _la resistencia que debe vencer el aire para.recorrerlas, con tanto mayor motivo, cuanto que, encontrándose las g~lerias inferiores á una temperatura constante, casi siempre.superior á la de la atmósfera, al calentarse la corriente descendente, adquiere una fuerza ascensional variable que se suma á las -resistencias procedentes del roce y de los cambios de seccion y de direccion. Tampoco puede apreciarse el trabajo, ne~ cesario á la ventilacion, ya sea por cálculo ó por comparaci0n con otras minas ventiladas que se encuentren en análogas condiciones. En las minas que no producen gases perjudi-

. '

221

ciales á la respiracion, el volúmen de aire que debe atravesar los trabajos, debe ser á lo menos de ro metros cúbicos por hombre y por hora; para las demás, y muy particularmente para las minas de hulla, la ventilacion debe ser mucho más considerable, á causa del desprendimiento variable de hidrógeno carbonado. En cada caso particular, sepuede determinar fácilmente el efecto útil del sistema -de ventilacion. Supongamos, por ejemplo, que se haya observado la disminucion de presion ___ interior én el extremo de un pozo de salida de aire, y que se conozca el volúmen de aire aspirado por segundo; el trabajo nece_sario á la · ventilacion será p h, representando p el del aire derramado por segundo, y h la altura de aire correspondiente á la presion observada. Supongamos verificado el trabajo con una fuerza de caballos de vapor á razon de 4 kilógramos de carbon por hora; como la aspiracion se verifica siempre con relacion á cierto consumo" de combustibl~, bien por una chimenea, ó bien por un generador, si deducimos '·e1 consumo calcu"lado, se obtendrá la parte de combustible ó de trabajo resultante de las transmisiones de movimiento y de la misma máquina.

peso

.â&#x20AC;¢

(

-•O

•

1_.IBRO D-ÉCIMO MAGNETISMO

---

. I

CAPÍTULO PRIMERO \

Propiedades de los imanes. el presente libro vamos á estuc.liar un agente natural, muy distinto del tan conocido bajo la denominacion de calórico y luz, é ignorado durante un gran número de siglos, y aun en la época presente poco conocido del vulgo,- tanto en los pueblos que carecen de instruccion, como en los más adelantados. Dicho agente ha recibido _el nombre de electricidad; lo mismo que el calor y la luz, es altamente necesario á la vida y si el hombre ha permanecido tanto tiempo sin distinguirle, es debido á la falta de órgano especial.susceptible de ·sentir sus efectos; efectos que, si ien &_e manifiestan en algunas circunstancias, !o hacen de una manera tan vaga y son tan fáciles -de confun~ir con otras impresiones, que no dan lugar á interpretarlos y referirlos á una causa particular. Durante mucho tiempo, se supuso la existencia de .otro agente, llamado magnett'smo, que permitía darse cuenta de cierta clase especial de fenómenos; mas luego veremos que el magnetismo debe considerarse como un ' modo de ser particular de la electricidad. Los hechos primitiv0s más remotamente conocidos en estos dos órdenes de fenómenos_, son la atracci_on del hierro por el iman N

y la que el ámbar despues de un violenta fratacion, ejerce en los cuerpos. En ello vemos una nueva prueba de la importancia científica de los hechos más fútiles ·en apariencia; estos experimentos, que á primera vista parecen juegos cl.e niños, excitaron la atencion del observador, el cual, obtuvo nuevos fenómenos que se fueron generalizando más y más cada dia; de las perseverantes investigaciones, se dedujeron sus leyes, y hoy día el magnetismo y la electricidad, dan lugar á maravillosas aplicaciones, entr~ las cuales citaremos además de las primitivas de la brújula, y el para-rayos y las q-ue siguieron que tambien son muy conocidas, la galvanoplastia y, la telegrafia ~léctrica, las más modernas. y que todavía se hallan en vias de perfeccionamiento, como la telefonía, el alumbrado eléctrico y otras muchas, que iremos desarrollando á su debido tiempo. En primer iugar, trataremos de los fenómenos del magnetismo, tales como se les observa en el hierro y algunas otras substancias en las cuales son mu yin tensos sus efectos; mientras que en la mayor parte.de los demás cuerpos, sólo ·se manifiestan por medio de aparatos de gran ·potencia, que describiremos despues de haber estudiado las I?ropiedades de la electricidad. Entonces es cuando demostra-

224

FÍSICA _INDUSTRIAL

remos la generalidad del magnetismo, dem!)Strando al propio tiempo que los fénomenos que produce, dependen _d el agente eléctrico. IMANES NATURALES, IMANES ARTIFICIALES: DE.F-INICIONES FUNDAMENlfALEs.-Se dá el nombre de imanes á unas substancias que tienen la propiedad de atraer el hierro y algunos otros · metales, tales como el níquel, el cobalto, el manganeso y el cromo. Se distinguen dos clases de imanes, el natural y el artificial. El iman natural ó piedra imanes un óxido de hierro conocido en química con el nombre de óxido salino ú óxido magnétlco, representado por la fórmula F eª 0'. Es un mineral de hierro, muy abundante en la naturaleza; se le encuentra en los terre..: nos primitivos, principalmen te en Suecia y Norllega. Sin embargo, la mayor parte de las muestras de óx ido -de hierro llamado magnético, no son ciertamente imanes; accidei1talmente es como están dotados de la propiedad magnética. Imanes artificiales.- Los imanes artificiales son barrotes ó agujas de acero templado, que poseen las mismas propiedades que los imanes naturales, pero no naturalmente , sino por habérselas comunicado, por procedimientos que se describirán despues. Sea cual fuere el orígen de los imanes, bien sean naturales ó artificiales, las p·r opiedades generales que poseen son las mismas. Su potencia atractiva se ejerce á todas las distancias y á. través de todos los cuerpos; á medida que la distancfa aumenta, vá decreciendo aquella con mucha rapidez, y varía con la temperatura. Disminuye, al elevar la tem_peratura del barrote imantado; y vuelve á adquirir un valor inicial, al bajar la temperatura al grad_o primitivo, siempre que no se pase de cierto límite, puesto que, -á !,a temperatura del rojo, por ejemplo, se pierde completa y definitivamente la imantacion. La potencia atractiva de los imanes, se llama á veces fuerr_a magnética, y se conoce con el nombre de magnetismo la causa desconocida de esta propiedad. Tam'bien se llama magnetismo la parte de la Física que comprende el estudio de los imanes. Este es el magnetismo propia.mente dictio, que no tiene nada de comun con el Mermeri'smo, impropiamente llamado magnetismo animal.

PROPIEDADES GENERAI.ES DE LOS IMANES.-Los antiguos sólo · conocían la atraccion que los imanys ejercen en el hierro, cuya propiedad se demuestra pasando un iman por limaduras de hierro, y se vé como se adhieren á su superficie, formando hebras ó penachos eriza. dos (fig. 1). Tambien se emplea el péndulo magnét.ico, ó bala de hierro suspendida de un hilo, con el cual se observa, que la atraccion magnétic.a disminuye de intensidad, al aumentar la distancia. Sis~ aproxima un pedazo de hierro al extremo de un iman móvil, se vé como · este extremo se aproxima al hierro, con una accion igual ' á la reaccion. . Para obtener un barrote mó_vil, se practica una pequeña cavidad· o en su centro (fi- · gura 2), por la cual apoya en una punta c. Los barrotes gruesos ns (fig. 3), se cuelgan de un hilo sin torcer /, y descansan en un estribo de carton ó de cobre o, cuya vista de frente, se vé en a. ATRACCION MAGNÉTICA Á TRAVÉS DE LOS CUERPOS. -La atraccion magnética se ejerce á través de los cuerpos·, sin que apenas modifiquen la intensidad del efecto producido,sie mpre que estos cuerpos no sean magnéticos, es decir, susceptibles de ser atraídos por el iman._Así, una varilla de hierro colocada sobre una punta y sumergida enel agua, rodeada de llamas, situada en el vacío, se pone en movimiento al aproximarse un iman. Una aguja de hierro ó alambre colocada sobre una placa de madera, de vidrio, de carton ... seguirá los movimientos de un iman situado debajo. Se han construido relojes, cuya aguja se sustituye por una bala de acero que rodaba sobre un cuadra-nte de oropel, detrás del cual ~giraba un barrote imantado rµovido por el reloj. Análogq efecto se produce con el indicador de nivel de las calderas, de LethmillierPinel. CUERPOS MAGNF.Ticos.-Se dá el nombre de substancias magnéUcas á las que son atraídas por los imanes. Tales son el hierro, el acero, los óxidos de hierro . y ciertas combinacione s y aleaciones de 'hierro, por ejemplo,. su mezcla con el platino, el cobalto, el cromo, el ní, quel y el manganeso; mas este último metal, sólo dá señales de magnetismo á 20 6 25 gra. dos bajo cero. Segun Faraday y Graham, el

PROt>IEDA,D:ES D:E

LOS . IMANES

paladio es algun tanto magnétko. Tambien la cualidad ele .atraer los cuerpos, llamada líse considera magnético el hidrógeno, por esto nea neutra ó línea media. Si el irrian es muy se le denomina metalgaseoso. largo, los-polos están ordinariamente situados INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA.-Newton en lós extremos, y en vez de linea existe en tué el primero que observó que el hierro enel centro un espacio neutro más ó menos exrojeciao no es magnético, cuyo resultado, tenso. combatido por Kircher, confirmó despues Para demostrar la existencia de los polos, Ca vallo, demostrando que la températura basta, como hemos dicho, pasar el iman por debe llevarse á lo menos al rojo cereza para limaduras de hierro, con lo cual se observa que desaparezcan todos los indicios de mag:.. su adherencia á las puntas solamente y no en netismo. Segun Barlow, el hierro fundido el centro. Las . partículas de· hierro forman pierde sus propiedades magnéticas al llegar filamentos perpendiculares á la superficie del al rojo blanco; sin embargo, Treve dice haber iman, y tanto más largos cuanto más cerca observado un cilindro de hierro en fusion que estén de los polos. se imantó fuertemente á 1,300 grados, ytam- . ,AGUJAS IMANTADAS.-Frecuentemente se dá bien al estado' sólido y pastoso; cubriéndole á los imanes la forma de hoj_as delgadas, romcon un hilo metálico arrollado como el de un boidales, muy alargadas, ~n cuyo caso se les electro-iman pasó por él una corriente, lo llamá agu/as imantadas (fig. ~4), qu~ se descual no dejó de ser una contradiccion de· lo tinan á imanes móviles, para lo cual llevan, anterior. en general, en su centro de gravedad, una Pouillet ha observado: 1.º que el cobalto se cavidad que descansa en un pivote vertical ú conserva magnético á las más altas tempera- horizontal, sobre el que oscila. turas; 2.ó que el cromo deja de serlo un poco, DrsTINCION DE Los POLOs.-Si se coloca una bajo el rojo oscuro, y el niquel, á.los 3 50 gra- aguja imantada en un pivote vertical y se dos ; 3. º que el manganes_o principia á ser · la abandona á sí misma, se vé como, al magnético hácia los - 20 grados. De esto se cabo de una série de oscilaciones, se fija en . deduce que todos los cuerpos serian magné- una posicion de. equilibrio invariable, y al ticos, si fuese posible enfriarles conveniente:. desviarla de esta posicion, vuelve nuevamente mente. Pouillet supone que el calor obra á ella así ·qué se la suelta. Se observa, adeseparando las moléculas, y que ~i se las apro- más, que es siempre el mismo extremo de la ximase debidamente por uri medio cualquiera, aguja el que se dirige af mismo punto del hose presentarian las propiedades magnéticas rizonte. Una punta· se dirige sensiblemente al en todos los cuerpos. Este modo de apreciar · polo norte geográfico, .y la otra al polo sud. el fenómeno se corrobora observando que los Si á la primera la-llamamos A y á la segunda . metales m~s magnéticos son tambien los que B, para distinguirlas, por más que se dé vueltienen las moléculas más compactas; puesto tas á la aguja; •tomará siempre al dejarla la que, si se divide su peso específico per su peso misma posicion de equilibrio, es decir que A atómico, son los que dan á poca diferencia los mirará al norte y B al sud. cocientes más pequeñqs. El manganeso sigue Sea cual fuere la causa de esta orientacion despues del ~hierro, el cobalto y el níquel, constante, basta esta propiedad para distincomo realmente así debe ser. Siq. embargo, :. guir claramente los polos uno de otro. En los las substancias que sólo contienen poca can- dibujos se representa el primer polo con las tidad de hierro en combinacion, tambien dan letras A ó a, y el segundo con las letras B ó señales de magnetismo.. . b, llamándose polos de igual nombre á los PoLos Y LÍNEA NEUTRA. -No todos los puntos señalados con la misma letra en agujas disde la superficie de un iman, poseen el mism · tintas. grado de potencia atractiva. Observa Gilbert ACCIONES MÚTUAS DE LOS POLOS.-Por más · que existen siempre dos regiones opuestas en que los dos polos de un iman parezcan idéndonde es más pronunciada la atraccion 1 á las ticos entre sí, cuando se les aproxi ma las licuales se dá el nombre de polos del iman. En- maduras de hierro, esta identidad no es más tre los dos polos, hay una línea que -no posee que aparente . Si susp ndemos una aguja FÍSICA. IND.

T. n.-29

(

FÍSICA INDUSTRIAL \ los polos extremos serán de nombre contraimantada a b, de un hilo fino .(fig. 5) y á su · 1n rio, y son de igual nombr,e a c, si los n, polo a, se aproxima el polo A de otra aguja, puntos consecuentes son en · número impar. se' observa una repulsion - muy acentuada; si se aproxim_a el mismo polo A al polo b de la A un iman que tenga puntos consecuentes aguja móvil, se produce, por lo contrario:, se le puede considerar como formado por vauna viva atráccion. Desde luego, los polos a rios imanes colocados unos {l con.tinuacion de .y ·b no -son idénticos, puesto que el uno es otros y unidos por polos de igu,al nombre. atraído y el otro repelido por el mismo polo ·Por ejemplo, el iman m n, estaría formado A del iman fijo. Se demuestra del ·mismo por tres imali.es m, ,o y n, unidos los dos primodo· que los dos polos de este último, difie- me.i;os por el polo positivo, y los otros dos . ren_ entre sí, presentándoles sucesivamente por el polo negativo. CAUSA DE LAS PROPIEDADES DÉ LOS IMANEs.;al mismo polo a de la .aguja móvil. De esto . Por querer siempre los antiguos adivinar las se deduce que -las acciones recíprocas. entre causas antes de estudiar los ·efectos, los sistedos imanes están sometidas á .esta ley. Los polos de igual no711bre · se repelen y los mas que han creado han sido casi siempre falsos. Algunos se contentab~n con decir que .polos de no'm bre contrario se atraen. . Los dos polos opuestos de un iman sella- las propiedades del iman eran un secreto:reserman tambien polo positivo y polo negativo, y vado por los dioses. Thales y Anaxágoras suse les representa con los signos algebraicos ponia1,1 que el iman era animado. Claudiano pretendía que el hierro era el sustento del +y-. iman, opinion admitida tambien por el méSi para explicar la accion terrestre sobre dico Costeo di Lodi y por Manrolicus. Segun la aguja imantada, se asimila la tierra á un otros, existia cierta simpatía entre el hierro y inmenso iman cuyos polos magnéticos estéo respectivamente situados cerca de lós polos el iman. Diógenes Laerce decia que el iman geográficos, en virtud de la ley anterior, el lanza emanaciones que se • introducen en los polo austral de la aguja será el que mirará intersticios del hierro y le atraen, y observa al polo boreal ó polo norte terrestre, y . al .que la atracciones recíproca. Lucrecio y Plu·contrario, el polo boreal .d e la aguja será el tarco suponian que esas ~JJJ:anaciones produque mirará: al polo austral ó poló sud ter- cían el vacío entre el iman y el hierro, qu'e restre. De ahí las denominaciones, contradic- se precipitaban en este vacío. Todos estos torias en apariencia, de polo norte al austral sistemas no son más que la expresion misma y de polo sud al boreal, que se dan á los dos del hecho que -se explica, presentada baje> formas distintas. Gilbert, no admite $eme~ .__ polos de un iman. En las agujas imantadas el polo austral jan.tes teorías y, apoyándose en el. expe.;ritiene generalmente el color azul debido al mento; rectifica los hechos conocidos, descubre_muchas m~s y se limita á explicar algunos • temple. r PUNTOS CONSECVENTES.-Los polos situados fenómenos particulares, sin crear una teoría en los extremos· de un mismo iman son ordi- gener~l. Gassendi suponía que el iman lannariamente de nombre contrario; pero tam- zaba sobre el hierro _á tomos en -forma de aJ.1bien puede dejar de ser así, y entonces exis- iuelo; para engancharle y ~traerle. De~cartes ten . palos intermedios, á los que se dá el suponi¡:i la p_roduccion de torbellinos. Porta .nombre de puntos consecuentes, que se cono- consideraba al iman formado de hierro y _d e . cen . por la adherencia de las limaduras de piedra en perpétua lucha, ayudando .al iman hieüo en ellos (fig. 6), ó formando un espec- el hierro situado cerca, para que la piedra no •trd ,magnético, en el cual se vé que las lima,. fuese la más· \:)nérgica. Se vé, pues, que✓ ·los duras se dirigen á los polos intermedios- con inventores de todos estos sistemas no han la misma -fuerza que á los polos extre_mos. , adelantado d.e ningun modo la ciencia. GilPresentando estos polos á la aguja imantada, ; bert ·e::s-~l único que puede considerarse como se observa que son tambien positivos y ne,· el. creador de la ciericia del magnetismo., Por últrn,10, teniendo en cuenta Aepinus todos _los .gativos. :. , pe esto resulta, que, si son en número par.? fenómenos ,c,om.probados por Gilbert y por sí

PROPIEDADES DE LOS IMANES

mismo, intentó explicar las propiedades de los imanes por la existencia de un fluido particular, contenido en los cuerpos magnéticos. , TEORIA DEL MAGNETISMO.-Hipótesis de Ampere.-Ampere ha dado una teoría del ~agnetismo fundada en las propiedades de las corrientes eléctricas. Esta es la teoria exclusivamente adoptada hoy dia, por haberse renunciado á la antigua hipótesis de los fluidos imponderables. Ya la expondremos más adeiante, des pues de los fenómenos ·eléctricos que son la consecuencia de la misma. Hipótesls de los dos fluidos magnéticos. Durante mucho tiempo prevaleció la hipótesis llamada de los fluidos magnéticos, que sólo ofrece hoy dia -µn simple _interés histórico. Se suponían dos fluidos imponderable$, que cada uno obraba por repulsion sobre sí mismo y por atracción sobre el otro; á estos dos fluidos se les denominaba fluido austral y fluido boreal, con relacion á -los polos del iman, en donde son preponderantes sus acciones. Experimento de les imanes quebrados.-El experimento delos imanes quebrados demuestra que los fenómenos magnéticos son esencialmente moleculares, es decir, que cada partícula de un cuerpo imantado es un verdadero iman que tiene dos polos. En efecto, si se toma una aguja de acero regularmente imantada, esto es, que tenga dos polos separados por una línea neutra, y se la rompe por la mitad, cada una de estas mitades será un iman cómpleto corno la aguja entera (fig. 7). Si se rompen igualmente estos nuevos imanes en dos partes, se obtendrán, desde luego, otros tantos imanes completos, y así consecutivamente . Desde luego puede admitirse que antes de la imantacion, estaban reunidos los dos fluidos alrededor de las partículas de las substancias magnéticas, que se neutralizaban mútµamente Y que, bajo la influencia de una fuerza capaz de veñcer su atraccion recíproca, se han separado y orientado despues, alrededor de las partículas metálicas, el fluido boreal en una direccion y el fluido austral en la direccio1-i opuesta; en esto habrá imantacion, que será más ó menos fuerte, segun sea más ó menos completa la separacion de los fluidos. Esta imantacion persi~te mientras dure la separa-

227

cion de los fluidos Y.. cesa al mismo tiempo que ella. Para explicar estos resultados, forzoso es admitir, con Coulomb, que los :fluidos magné!icos residen en espacios insensibles, llamados elementos magnéticos, dispuestos como imanes excesivamente pequeños, cuyos polos de igual nombre miran todos á un mismo lado, y sus ejes están en direccion paralela al eje del iman. Luego, los fluidos no se encuentran separadamente en cada mitad del iman, pero se les encuentra allí y queda constituido el fman como una reunion de pequeños imanes elementales orient€J.dos todos del mismo modo. Se imitan estos imanes, llenando un tubo de carton con pequeños imanes obtenidos con alambres de acero imantado, cuyos polos de igual norn bre se dirijan al mismo extremo del tubo. · Tambien, como lo hizo Haldat, se puede llenar con limaduras de hierro un tubo de laton cerrado por sus extremos con tapones tambien de lata, roscados. Si se imanta este sistema, se formará un iman que tendrá sus dos polos y su línea neutra, sea cual fuere la presion ejercida p·or los tapones. Mas, al sacudir el tubo y mover las limaduras de hierro, disminuye la fuerza del frnan hasta desaparecer completamente la imantacion. Mezclando arena y limaduras, tambien es posible im~ntar el cilindro, siempre que el volúmen de arena no exceda de los

del volúmen total.

Idénticos resultados se obtienen con los imanes ficticios Knight y de Ingenhousz, compuestos de varias substancias pulverulentas ferruginosas, con las cuales se forma una pasta, añadiendo cualquier otra substancia pegajosa, é imantándola así que ha endurecido. Fuerr_a coercitiva.-Los fluidos magnéticos, separados en los elementos de un barrote de hierro por la influencia de un iman, se combinan nuevamente por la atraccion mútua al separarse este iman. Como no sueede lo mismo -con los imanes, debe suponerse necesariamente que existe en éstos una causa partícular que se opone á la recomposicion de los fluidos. Esta causa descono ida recibe el nombi·e de /ueria coercitiva. Tambien se la pu de definir diciendo· que

FÍSICA INDUSTRIAL

es la fuerza más ó menos intensa que se opo- lido en vez de atraido, cuyo resultado se exne, ya á la orientacion de los fluidos en una plica por la descomp_osicion del -fluido neutro substancia magnética, ya á que vuelvan á su ,del iman pequeñ.o , en el cual la fuerza coerconfusion primitiva y á su desiblantacion. En citiva es dominada, por existir en cada eleuna palabra, el.carácter de esta fuerza es opo- mento magnético del polo del iman, mayor nerse al movimiento de los fluidos que tien- cantidad de fluido contrario procedente de dan á separar; ó á reunir despues de la sepa- esta descomposicion, que fluido de igual nombre existia antes. A veces el pequeño iman racion. La fuerza coercitiva depende de la natura- permanece imantadq en el mismo sentido, desleza del cuerpo magnético y de la com binacion pues de separado el iman mayor, debilitánde sus moléculas; en general aumenta para dose tan sólo el polo que ha recibido la accion; · todas las causas que disminuyan la ductibili- otras veces se invierte el sentido de la imandad. Así, el acero y el hierro, puros y reco- tacion; y otras, en fin, si el pequeño iman es cidos, no poseen absolutamente fuerza coer- muy delgado, seforma un~unto consecuente citiva; si se les templa ó bate obtendrán tanta á muy poca distancia. Woestyn explica estos fenómenos admimás cuanto más disminuya su ductibilidad. El hierro dulce adquiere igualmente fuerza tiendo que la fuerza coercitiva no existe en coercitiva si se le hace quebradizo por la adi- todos los ~lementos; lo cual se concibe, puesto cion de un. poco de azufre, fósforo, arsénico. que el temple no se manifiesta del mismo carbon. El paladio adquiere mayor fuerza modo en la superficie que en el interior de los barrotes, y además, por no ser homogéneo el coercitiva si contiene hidrógeno. La fuerza coercitiva puede modificarse por acero, unas partículas están más carburadas el movimiento de las moléculas; basta dejar que otras. lMANTACION POR INFLUENCIA. - ESPECTROS caer un iman para que pierda gran parte de ponerunasubstancia magnéMAGNÉT1cos.-Al imantacion su quitar puede le se y su fuerza, batiéndole con un martillo. Por otra parte, si tica en contacto con un barrote imantado, sus se somete una barra de hierro á la ·accion de partículas magnéticas se orientan todas en el un iman y se dá un golpe seco á su extremo, mismo sentido, y, mie.ntras la orientacion permanece imantada, pór haber desarrollado persiste; la substancia se convierte en un iman el golpe cierta_cantidad de fuerza coercitiva, completo compuesto de sus dos polos y su línea neutra. Si se atrae con uno de los polos á lo _m enos por algun tiempo. Por último, el calor hace que esta fuerza . de un iman un pequeño cilindro de hierro ceda, debilite los imanes y les quite toda la dulce a b (fig. 8), este cilindro podrá, á su vez, atraer un segundo cilindro semejante, y éste imantacion al calentarles al rojo. La atraccion de un iman sobre un cuerpo á un tercero y así consecutivamente, segun la simplemente magnético, vá precedida de una fuerza del barrote. Cada uno de estos cilindescomposicion de fluido neutro, por lo-mismo dros se convierte, pues, en un iman, y perun iman será inactivo en un cuer_go cuya manecerá en este estado mientras dure la infuerza coercitiva se oponga á esta descompo- fluencia; al cesar ésta, por la interrupcion del sicion, que es lo que se verifica en un pedazo contacto con el primer cilindro, caen Jos dede acero muy templado, que, por este mero-- más sin q u_e conserven ninguna señal de hecho, no es atraído por un iman. Sin em bar- magnetismo. Desde luego, la orientacion de gó, si el imanes muy potente, la fuerza coer- los fluidos sólo habrá sido momentánea. La imantacion por influencia, explica la citiva cede, por estar limitada, como todas -las fuerzas de la naturaleza, y el fluido neutro formacion de los penachos de limaduras de se descompone más ó menos lentamente. Al hierro que se adhieren á los polos de los misalejar el iman, la descomposicion persiste y . mos. Las partículas que están en contacto con el iman, se convierten en otros tantos imanes el acero permanece imantado. Si se aproxima el polo de un iman muy y obran, por influencia, sobre las partículas poderoso al polo de igual nombre de un iman más cercanas; éstas á su vez obran sobre las <l;ébil, puede suceder que este último sea repe- siguientes, repitiéndose lo mismo hasta cierta

PROPIEDADES DE LOS IMANES distancia, en donde ya cesa la fuerza m·ag- con un ·c arton delgadó en el cual, con un tamiz, se reparte cierta cantidad de limaduras nética. La imantacion por influencia no se-produce de hierro; así que éstas van cayendo se dissolamente por el contactó, sino tambien á tribuyen espontáneamente, bajo la influen- , distancia, y con tanta mayor energia, cuanto cia de los polos del iman, formando curvas más corta sea aquella y más potente la fuerza regulares que ·v an de uno á otro polo y camdel barr_ote imantado. La fig. 9 representa un bian de direccionen los extremos del barrote. Si el barrote imantado tiene puntos conseejemplo de influencia á distancia. . Para explicar estos resultados, Coulomb cuentes, el espectro magnético toma la forma · supone que todos los · cuerpos magnéticos representada en la fig. I 2. Tambien se obtienen espectros magnéticos contienen los dos fluidos, combinados de tal modo que no producen ningun efecto y for- por influencia, como indica la fig. 13. LÍNEAS DE FUERZA.-CAMPO MAGNÉTICO.:_ man, por su reunion, lo que€! llama fl,uido Esas curvas magnéticas fueron las que inspimagnético neutro. Al aproximar el polo -positivo de un iman, el fluido neutro del hierro raron á Faraday la idea: de las líneas de juerr_a, se descompone; el fluido negativo proce- que son aquellas segun las cuales se ejerce·n dente de la déscomposicion, es atraido hácia las atracciones y las repulsiones magnéticas el polo positivo del imari, y el fluido positivo y eléctricas, perfectamente bien determinaes repelido. El hierro constituye·entonces un das en los espectros magnéticos. La porcion del espacio en donde se ejerce iman, cuyo polo negativo es atraido por el polo positivo del iman propia¡:nente dicho, la accion atractiva ó repulsiva de un polo de con mayor fuerza que la repulsion ·del polo iman, se llama el campo magnétt'co de. este opuesto, á causa de la mayor distancia. Al ale- polo, y es más ó menos extens.a, segun sea jar el iman, separados los fluidos en el hierro más ó menos- enérgico dicho polo. Fijánpor su influencia, vuelven á combinarse para donos en el caso de la atraccion de las limaatraerse y vuelven á formar el fluido neutro, duras ae..hierro, veremos que el campo magnético está determinado por el conjunto de desapareciendo con ello la imantacion. Esta explicacion se confirma con el experi- las líneas de fuerza. LEYES DE LAS AT.RACCIONES Y DE LAS REPULmento de la paradoja magnétt'ca. Se suspende SIONES MAGNÉTICAS.-Estudiados por Coulomb un pedazo de hierro á uno de los polos de un iman A (fig. ro) y se vá aproximando poco á los fenómenos de atraccion y de repulsion poco el polo contrario de otro imafi B.. Pronto magnéticas, ha sentado dos leyes que puese obserya como se separa el pedazo de hierro den reasumirse en el enunciado siguiente: Dos polos magnéticos se atraen ó se r epey cae, debido á la accion del polo del iman B que destruye la descomposicion de flu1dos len en rar_on inversa del cuadrado de su a isproducida por el polo de nombre contrario tancia y en rar_on directa del producto de sus masas magnéticas. del iman A. Coulomb definia la intensidad de un polo Si suspendemos horizontalmente, por memagnético por la accion del magnetismo terdio de dos hilos verticalest dos pedazos iguarestre, diciendo que ·dos polos ten~an la misma . les de alambre de hierro, pero que no se toquen lateralmente, y aproximamos á uno de intensidad ó la misma masa magnética si exsus extremos el polo de un iman, se observa perimentaban acciones iguales por parte de como se separan uno de otro, por imantarse la tierra; que dos polos de igual masa magpor influencia , y tener los polos de igual nética constituian, por su reunion, un polo de masa ó de intensidad doble, etc. Estas lenombre eµ el mismo sentido. Los espectros magnéticos se producen por yes las demostró ex perimentalmente por dos las mismas causas. Se dá este nombre á las métodos, el de la balanza de torsion y el de disposiciones curvilíneas simétricas que afec- las oscilaciones. ~ÓRMULA DE LAS LEYES DE CoULOMB.-UNItan las limaduras de hierro bajo la influencia · de un barrote imantado (fig. II). Estas curvas DAD DE MAGNETISMO.-De las leyes precedense obtienen cubriendo un barrote imantado tes resulta que la atraccibn ó la repulsion que

FÍSICA INDUSTRIAL

230

se ejerce entre dos polos de iman de masas p. y p.', situadas á una distancia d, está representada por la fórmula:

punto, sobre la unidad de magnetismo, e~ constante eri grandor y en direccion. Cuando _la fuerza ejercida en cada punto del campo sobre la unidad de magnetismo p. p.' es igual á una dyne, es decir, á la unidad de F=kcl' fuerza C. G. S., se tiene un campo igual á 1a en la cual k es una constante que representa unidad de campo magnético. la accion recíproca de dos masas magnéticas El magnetismo terrestre produce, en un iguales á r situadas á la distancia r. El valor espacio limitado, un campo magnético senside k depende de las unidades-de fuerza y de blemente uniforme. magnetismo. A pesar de que la di,reccion. y la intensidad Se llama unidad de magnetismo ó uni'dad de la fuerza magnética terrestre varían, en de masa magnética (en el sistema C. G. S.) los diferentes puntos de la superficie del glola cantidad de ma~netismo que se supone bo, al igual que la gravedad, sin embargo se concentrada en un polo de iman para que, á la puede considerar como constante, en los la distancia de un centímetro en una masa mismos límites y por las mismas· causas que idéntica, la accion ejercida sea igual á una esta última fuerza. dyne, es decir, á la unidad de fuerza C. G. S. · Sea F la intensidad de la accion del magA la masa se le pone el signo ó el signo - , netismo terrestre sbbre un polo de iman; sea segun sea austral ó boreal el magnetismo. p. la masa magnética concentrada en este poAsí definida esta unidad, la fuerza que se lo, y H la intensidad del campo magnétic0 ejerce entre dos masas p. y 17! concentradas en terrestre en el lu~ar considerado, ~se tendrá: dos polos situados á una distanciad, se representará por la fórmula: F = H p.. · 1

MOMENTO MAGNÉTICO DE UN BARROTE IMANTADO. - Cuando un barrote, debidamente Aun cuando la fuerza F sea repulsiva, su imantado, es decir, que tenga sólo dos polos valor es positivo, puesto que p. y p.' tienen en- y una sola línea neutra, se encuentra en un tonces el mismo signo; si es atractiva, tendrá campo magnético uniforme, estará sometido el signo menos, por ser entonces p. y p.' de á dos fuerzas iguales y contrarias, aplicadas á signo contrario. sus dos polos y formarán un par. Si hes la INTENSIDAD DE UN CAMPO MAGNÉTICO. - Un intensidad del campo, y p. la masa magnética polo de iman, situado en un campo magnéti- de cada polo, cada fuerza F, es iguai á p. h. co, recibe una atraccion ó una repulsion en Sf el iman está colocado normalmente á la él, que depende á Ía vez de la masa magné- direccion del par, éste tenderá á hacerle girar tica de este polo y de la intensidad del cátnpo. y hacerle tomar su propia direccj_on. El moSe llama íntensidad de un campo magnéti- mento del par de rotacion, se¡:-á: co, en un punto, el grandor de la fuerza que M = 1 lF, obra en este punto sobre la unidad de magnetismo. llamando 2 l á la longitud de la aguja. · Sea h la intensidad de un campo en un Sustituyendo F por su valor, se tiene: punto, la fuerza F que obra en este punto, soM = 2 l p. h. bre un polo magnético de masa p. está representada por la ecuacion de Coulomb, y se El producto ~ l p. se llama momento magtiene: , nético absoluto del barrote imantado. POTENCIAL MAGNÉTICo.-Definidas las atrae~ F = p.h. ciones y las repulsiones magnéticas por la CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE. - Se llama ley del cuadrado de las distancias, es fácil campo magnético uniforme, un campo en el aplicar al magnetismo la teoría del potencial. cual la fuerza magnética ejercida, en cada Como ya desarrollaremos esta teoría al tratar l

. 1

PROPIEDA¡)ES DE LOS IMANES

de las acciones eléctricas, nos limitaremos á dar aquí la definicion. Se llama potencial magnético en un punto cualquiera, ·en el cual se considere concentrada ·1a unidad del magnetismo austral, á 1a suma:

2J I

das en los cuerpos sometidos al experimento; mas, Lebaillif, Faraday y Becquerel, demostraron que verdaderamente los imanes ejercían una accion en todos los cuerpos, y hasta en los gases. · Se encontró, además, que esta accidn es, ya atractiva ó ya repulsiva, por cuyo motivo se dió el nombre de cuerpos magnéticos á los atraídos, y de substancias diamagnéticas á las . son -las en cuya fórmula p., p., . repelidas. Entre éstas se encuentra el bismumasas magnéticas, australes ó boreales, dise- to, el plomo, el azufre, la cera, el agua, etc. minadas <:n el campo magnético, y r, r, ..... El cobre es á veces magnético y otras veces las distancias respectivf!.S dél punto conside- diamagnético, lo cual depende sin duda de rado á esás distintas masas. su grado de pureza . Por lo tanto todas las propiedades que de. En 1874, observó Faraday que los imanes mostremos para el potencial eléctrico, se apli- .poderosos ejercían accion repulsiva en las llacan al potencial magnético. mas, que atribuyó á una diferencia de diaACCION DE LOS IMANES SOBRE TODOS LOS magnetismo entre los gases. CUERPOS.-SUBSTANCIAS DIAMAGNÉTICAS.- En Becquerel observó que, de todos los gases, 1802, observó Coulomb que los imanes· obra- · el oxígeno es el que tiene mayor potencia ban con más ó menos fuerza en todos los magnética, y que I metro cúbico de este gas cuerpos, lo cual comprobó haciendo oscilar condensado, ejercerá tanta accionen una agupequeños barr.otes de varias substancias, pri- ja imantada como· 5'5 gramos de ·hierro. mero entre los polos opue~tos de dos fuertes · Representando por rno'900 la potencia barrotes imantados, y luegq fuera de Ja · in- magnética del hierro, se ha Cl:}.lculado que, _¿, fluencia de todo iman. Comparando el núme- igualdad de peso, 1a del oxígeno es de 337 y ro de oscilaciones ejecutadas, en ambos casos, la del aire 88. De esto se dedµce que, bajo .el en tiempos iguales, demostró lq existencia de punto de vista magnético, toda la atmósfera la accion magnética. _ · . obra como una capa de hierro de o'I :milíme•. Al principio se atribuyó ~ste_fenómeno á .,tro de espesor, que rodease completamente la pr~sen.c ia de mil.terias ferruginosas conteni- n_uestro globo.

,, J

CA p·Í T U LO I I MAGNETISMO TERRESTRE

Accion de la tierra sobre los imanes.

:~ '

, , ECLINACION. - Un iman colocado cuales la declinacion es nula; estos puntos ~ \ horizontalmente sobre una pun- forman líneas contínuas llamadas líneas sin t~ (fig. 14) ó en ún estribo de declinacion, que estudiaremos despues, así papel, s,e dirige . epson~ánea- como tambien las variaciones y perturbaciomente, a poca diferencia,. de nes que la declinacion experimenta en un ~-" norte á sud, siendo siempre la mismo lugar. La declio.acion fué descubierta por Cristómisma punta la que se dirige al norte, por cuyo motivo se le bal Colon, en 1492, cuando su viaje para el llama polo norte del iman; al extremo opuesto descubrimiento de América, y este inespese le dá el nombre de polo sud. Esto se veri- rado fenómeno contribuyó muy particularfica en todos los lugares, excepto en algunos mente á sembrar el espanto entre su gente, puntos próximos á los polos terrestres. Para puesto que veian falseadas las indicaciones esta clase de observaciones, se emplean prefe- de su guia habitual en los mares, la brújula. INCLINACION.-Supongamos ·que se suspenrentemente unos pequeños imanes delgados, romboidales, llamados agujas imantadas: Du- da, por su centro de gravedad, una aguja de rante mucho tiempo se ha creido que el eje de acero sin imantar, móvil verticalmente en tola aguja imantada se colocaba exactamente en dos sentidos alrededor de este punto.; esta el meridiano geográfico; pero no es así, por aguja permanecerá en equilibrio en cualquiecuyo motivo se ha dado el nombre de decli- ra posicion que se le dé. Si se la imanta, se nacion al ángulo que forma el plano vertical colocará entonces en el meridiano magnético, que pasa por el eje de la aguja, con el meri- inclinándose notablemente sobre el horizonte. diano del· lugar, y á este plano se le lla.m a me- Se llama ángulo de inclinacion al menor de los ángulos que en el meridiano magnético, rt'diano magnético. La declinacion no es la misma en todos los forma con el horizonte el eje magnético de la puntos de la superficie del globo. El extremo _aguja móvil, alrededor de un eje que pasa norte de la aguja tiende ya al este ó ya al oeste por su centro de gravedad. Este resultado se del meridiano del lugar, lo cual se indica di- observa claramente con la aguja libre (fig .- r 5). ciendo que la declinacion es oriental ú occi- Esta aguja puede girar alrededor de un eje q,ental. Existen tambien dos puntos en los horizontal o o', que pasa por su centro de gra-

~H! 1 lt-k

MA~NETISMO TERRESTRE

• apoya en los brazos de una horquilla

vedad, y invertida, colgada de un hilo de seda sin torcer e, para que pueda tomar todas las posiciones sin encontrar ningun obstáculo. La figura 16 representa otra forma de e_ste aparato~ el cual permite medir el ángulo de inclinacion·. El eje de rotacion de la aguja s n gira en el centro de un círculo graduado ce, sobre una punta de bronce, por medio de una chapa de ágata. El plano de este círculo gira espontáneamente en el meridiano mag[!.ético, y, pasando la aguja entre las placas de cobre l l, indica la inclinacion. La fo.clinacion fué descubierta en Lóndres, en 1576, por Roberto Norman, fabricante de instrumentos de marina. Observó que una aguja que se man tenia horizontalmente sobre un pivote antes de ser imantada, se inclinaba despues de la imantacion . ·Este fenómeno ya se babia observado antes y se atribuia á un desplazamiento del centro de gravedad producido durante la imantacion. No lo apreció así Norman, y, observando que el peso -necesario para volver la aguja á la posicion horizontal, era tanto más fuerte cuanto más alta era la latitud, concibi ó la id~a de la inclinac10n. J Al igual que la declinacion, la inclinacion experimenta variaciones y perturbaciones, pero no tan pronunciadas. . La inclinacion no es la misma, en una misma época, en los varios puntos de la superfi- . cie del globo. En nuestro hemisferio, el extremo norte de la aguja imantada es el que se dirige á la tierra; en París, su eje forma con el horizonte un ángulo· de unos 65 grados. Este ángulo aumenta á medida que se aproxima al polo y disminuye al marchar hácia el ecuador;, cerca de esta línea, hay en cada meridiano un punto en donde la aguja se mantiene horizontal. Al pasar de este punto, marchando hácia el sud, la inclinacion reaparece, pero entonces es el extremo sud de la aguja el que se dirige al suelo, y con tanta más inclinacion cuanto más cerca está del polo austral de la tierra. ECUADOR MAGNEnco. Po10s MAGNEncos.Todos los puntos próximos al ecuador en los cuales la inclinacion es nula, forman una curva contínua que se separa poco á poco de Ja línea equinoccial, cortándola en varios punÍ>ísrcA IND.

233

tos; á esta curva se la llama línea sin inclinacion ó ecuador magnético. Cerca de los polos terrestres hay ciertos puntos eu los cuales la aguja se coloca verti calmente, y se les llama polos magnéticos del globo. Ya estudiaremos detalladamente la declinacion y la inclinacion cuando nos ocupemos de la distribucion del magnetismo terrestre, y entonces describiremos los instrumentos destinados á medir los ángulos con precision. LA TIERRA OBRA COMO UN !MAN. - Para explicar la direccion que toma espontáneamente la aguja imantada, se suponía un centro de atraccion situado más allá de las estrellas, en direccion del polo de la esfera celeste ó del polo de la eclíptica. Cardan creia que la fuerza directriz emanaba de una pequeña estrella de la cola de la Osa Mayor . Descartes imaginaba un torbellino de materia sutil que iba de sud á norte y pasaba ó atravesaba los poros del iman, cuyas moléculas se ramificaban y resistían más en una direccion que en otra. Ya mucho antes, en 1600, Gilbert había dado una explicacion racional, qa·e consistia en considerar la tierra como un iman gigantesco cuya línea neutra se encuentra en el ecuador magnético, y cuyos polos están situados en las zonas glaciales. Hé aquí los experimentos en que se apoyaba: Una aguja imantada colocada sobre 1. un iman se dirige en sentido de la línea de los polos de este último, de tal modo, que los polos de nombre contrario se miran; cuando se la a bando na á sí misma, se dirige de norte á sud. Se coloca un iman s n (fig. 17) en el 2. centro y en el mismo plano de un semicírculo que represente un meridiano terrestre, y se vá colocando una aguja imantada a en varios puntos de este semicírcuJo, en cuyo plano pueda moverse; en estas varias posiciones vá formando ángulos más y más pequeños con la tangente á la circunferencia á medida que se vá aproximando á a', en cuyo punto se confunde con la tangente; luego vuelve á inclinarse más y más con relacion al polo de nombre contrario al polo n, como se vé en a", y acaba por colocarse en a"', norma 1mente á la circunferencia. Suponiendo que la tangente sea el plano del horizonte t errestre, 0

T. II.-_3 0

2 34

FÍSICA INDUSTRIAL

-se observa cierta semejanza con las variaciones que experimenta ·1a inclinacion en un mismo meridiano. 3. La fuerza magnética del globo, deducida de la rapidez de las oscilaciones de la agúja imantada, aumenta, como veremos, cuando, partiendo del ecuador magnético, se vá avanzando hácia uno ú otro polo, lo mismo que cuando se la transportaba de a' á a Ó á a''· (fig. 17). 0

AccION DE LA TIERRA SOBRE EL HIERRO.-Los

una barra de hierro situada en el vértice de una torre de la iglesia de San Agustín, por el cirujano César. En 1630, Gassendi, observó que una cruz que cayó corroída de lo alto -del campanario de la iglesia de San Juan en Aix, estaba imantada; el orinque cubría el pié lo estaba tambien intensamente. Los imanes naturales sin duda son producidos por la accion prolongada del globo, y en nuestro hemisferio, su polo norte debe encontrarse abajo, antes de arrancarles, y arriba en el.hemisferio austral. Poio AUSTRAL · y POLO BOREAL DE LOS IMANES.-Accionando la tierra como un iman, se ha dado el nombre de fluido boreal al fluido que domina en el polo boreal, y el nombre de fluido austral fil que domina en el otro polo. Como los fluidos de nombre contrario se atraen, es preciso que el fluido que obra sobre el polo norte de un iman sea fluido austral, y el que obra sobre el polo sud, sea fluido boreal. De -ahí la costumbre de llamar al polo norte de un iman polo austral, y al polo sud, polo boreal. En apariencia, estas expresiones son contradictorias; sin embargo, las palabras polo norte y polo sud, representan simplemente el hecho, y s~n independientes de la teoría, al paso que los términos polo austral y polo boreal indican la naturaleza de los fluidos que parece dominan en los polos del iman, segun la teoría de Coulomb_. Como esta teoría ya no está admitida, para que no haya confusion, continuaremos llamando con los nombres norte y sud ó con los signos y - , los _polos que se dirijan al · norte ó al sud respectivamente.

imanes tienen la propiedad de descomponer el magnetismo neutro del hierro dulce; luego, si la tierra obra como un iman, obrará necesariamente tambien sobre el hierro, que es lo que se verifica. Si se coloca verticalmente una barra de hierro AB (fig. 18), se convertirá en un iman, cliyo polo norte estará abajo. Estq se comprueba aproximándole una aguja imantada a b, con lo cual se vé que su polo norte es atraído por las partes superiores de la barra y repelido por las palies inferiores, permaneciendo la línea neutra M, insensible. Este estado magnético de la barra no procede en verdad de una imantacion permanente que pueda poseer accidentalmente, puesto que si se la invierte, presenta tambien un polo norte en la parte inferior. En el hemisferio austral el polo- sud estaría abajo. Si se dá un martillazo al extremo de la barra mientras está vertical, conserva durante algun tiempo su estado de imantacion, por desarrollarse fuerza coercitiva por el choque. Para obtener el má•ximo efecto, debería colocarse la barra en el meridiano magnético , paralelamente á la aguja de inclinacion que indique, como vamos á ver, la direccion del magnetismo terLA ACCION DE LA TIERRA ES tAN SÓLO DIRECrestre. TRIZ.-Sean o, o' (fig. 19) los polos matemáLas barras de hierro verticales, espigas de ticos de una aguja imantada móvil en el mepararrayos, tubos de chimeneas, etc., se iman- ridiano magnético. En o, se aplica una fuerza tan tambien por la influencia terrestre. El atractiva o b, y en o', una fuerza repulsiva o' b', acero templado adquiere igualmente un es- procedente de las acciones magnéticas del tado de imantacion temporal, como observa hemisferio terrestre que se encuentra del lado Barlow. Las herramientas de acero colgadas del polo o. Estas dos fuerzas son iguales y paverticalmente en los talleres, se imantan muy ralelas, puesto que la longitud o o' es insignifiá menudo de un modo permanente. cante con relacion á la distancia del punto de Segun Gilbert, la imantacion de las barras donde emanan, y las dos mitades de la aguja de hierro verticales, fué d_escubierta en Mán- imantada, contienen las mismas cantidades tua, en la espiga de la · veleta del convento de fluidos libres, puesto que estos fluidos forde los Agustinos. La imantacion permanente man magnetismo neutro al combinarse. Del fué observada por primera vez en Rímini, en mismo modo, el hemisferio que se encuentra

MAGNETISMO TERRESTRE

o',

del lado de dá dos fuerza·s o' a', o a iguales, paralelas y de sentido contrario. Las fuerzas aplicadas á los polos o y o' pueden reemplazarse por las resultantes o r, o' r', que son evidentemente iguales, paralela~ y de sentido contrario, y · forman, por consiguiente, . un par. Este par hace girar la aguja en el plano que puede recorrer, hasta que la línea o o' haya tomado la direccion invariable durante el movimiento de las fuerzas o r, o'r'. Como un par sólo -puede hacer girar el sistema al cual se aplica, la accion magnética de la tierra no puede imprimir á un iman movimiento de translacion, lo cual se comprueba experimentalmente. En primer lugar, par~ probar que no existe componente vertical, se suspende un barrote de acero en el brazo de una balanza, y se establece el equilibrio. Se imanta luego este barrote,_y se observa que subsiste el equilibrio sea cual fuere la posicion en que se le coloque; es decir, que pesa igualmente antes y despues de l¡i imantacion. Tampoco existe componente horir_ontal, puesto que un iman que se coloque sobre un pedazo de corcho que flote en el agua (fig. 20) gira para colocarse en el meridiano magnético, pero sin que avance hácia el norte ó hácia el sud. Una aguja imantada a (fig. 21) colocada en una posicion_ cualquiera sobre una tabla de madera a c, suspendida de un hilo sin torcer, se colocará exactamente en el meridiano magnético. Por último, si se suspende una aguja imantada de un hilo, este hilo permanecerá exactamente vertical. De esto se. deduce la no existencia de resultante oblicua; por cuanto de existir esta fuerza, podría descomponerse en otras dos, una horizontal y otra vertical, y acabamos de ver que tales componentes no existen. AGUJA DE INCLINACION EN VARIOS AZ[MUH.-

La aguja de inclinacion móvil en el meridiano magnético, indica la direccion de la accion magnética del globo. El ángulo que forma entonces con el horizonte, es el más pequeño posible; puesto que si se hace girar alrededor de la vertical, el plano en donde se mueve, se la vé inclinar más y más y ponerse vertical cuando este plano es perpendicular al meridiano magnético.

2 35'

Para explicar estos resultados , sea o a b (fig. 22) el merid_iano ma_gnético, o b el eje de la aguja imantada en este plano, y a c b un plano horizontal. Describamos una circunferencia horizontal sobre a b como diárpetro, y demos.traremos que si se hace girar el plano vertical en donde se mueve la aguja alrededor de la vertical o a que pasa por su-centro de gravedad, su eje constituirá siempre una de las aristas ::lel cono o a c be. Sea o a c una ·d e . las posiciones del plano que contiene la aguja; es fácil ver que se encontrará en equilibrio cuando su eje se dirija en sentido de oc, por cuanto la fuerza terrestre se dirige segun c f paralela á o b. Esta fuerza, comprendida en el plano 'del triángulo oc b, se puede descomponer en otras dos, dirigida la una segun la prolongacion de oc, y la otra segun c b. La primera componente se destruye por la resistencia del eje de suspension o, y c b ya no puede producir efecto para desplazar la aguja en el plano o a c, puesto que esta componente es perpendicular á este plano, por ser perpendicular á a c; además a b es un diámetro, igualmente perpendicular á oc, por ser el punto a el pié de la perpendicular bajada del punto o aí plano a c b. La componente c b, por lo contrario, baria mover la aguja si su eje encontrase á a c en un punto situado fuera de la circunferencia a c b; puesto que entonces se la podría descomponer en dos fuerzas, perpendicular la una al plano o a c y la otra necesariam_e nte oblicua, que es la que haría mover la aguja, que tomaria por sí misma la direccion o c . · De todo esto resulta, que el ángulo a o b, en el meridiano magnético, es máximo, y por consiguiente, el ángulo de indinacion, que es su complemento, es mfnimo. En el plano perpendicular á o a b, plano tangente al cono o a c be, el eje de la aguja toma la direccion o a, por lo tanto, en esta posicionestará en equilibrio. . Para medir el ángulo de inclinacion, se hace girar alrededor de un eje vertical, el plano en donde se mueve la aguja, y se busca por tanteo, la posicion en la cual forme el menor ángulo posible con el horizonte; tambien se puede colocar primero este plano, de tal modo que la aguja sea vertical, y hacerle girar luego de 90 grados.

FÍSICA INDUSTRIAL · Procediendo así, en el instante en que el ángulo está cerca de su máximo ó de su mínimo, la componente que solicita la aguja es muy débil, no tiene fuerza, y el más insignificante roce de su eje de rotacion, la impide tomar su verdadera direccion. Esto se evita haciendo dos observaciones en dos planos perpendiculares entre sí y distantes de las posiciones de máximo y de mínimo. Sean o a e, o a e estos dos planos. En el triángulo rectángulo e a e ~e_tiene:

ho¡izonte, se la debe cargar con un mismo_ peso al extremo sud, sea cual fuere el azimut en que se la coloque. Cuando la aguja es horizontal, la fuerza terrestre / dá dos componentes, la una horizontal, que· se destruye, y la otra vertical igual á j sen. I, en donde la fuerza/ forma un ángulo (90º-I) con la vertical, y esta componente es independiente de'! azimut. AGUJAS ASTÁTICAs.-Se dá el nombre de aguja astática á la aguja imantada que no está influida por el níagnetisrrio terrestre. Se ec' =ab 1 =ac' ae'• forma una aguja astática, disponiendo en el meridiano magnético un iman cuy9.polo másLos triángulos o a b, o a e, o a e dan: aproximado á la aguj~ se oponga á ia accion de la-tierra. Alejando más ó menos este iman a b oa tang i se acaba por hacer indiferente la aguja. El • a e= o a tang ~ iman debe ser suficientemente fuerte para que obre _á distancia y las acciones de sus poa e = o a tanga. los formen un par de fuerzas constantes; las La ecuacion se convierte entonces en la diferencias de distancia de los polos de la aguja á este iman, no influirán en nada para fórmula las posiciones de aquella. tang• i = Jang • ~ + tang• a. Tambien se obtiene un sistema astáti'co por medio de dos agujas idénticas, y de igual de donde: fuerza magnética a b, a' b' (fig. 23), unidas cot I = V cot• a cot • b entre sí por una espiga rígida n y cuyos polos opuestos miren,á un mismo lado. Es evirepresentando por I, a, b los complementos dente que las acciones de la tier:ra sobre las de los ángulos i, ~. a.. Pero este método ya no es exacto en la dos agujas se contrabalancearán. Si una de práctica, á causa del sistema de suspension ellas, la a b, por •e jemplo, es más fuerte que la otra, se la inclina de modo que sus polos se de la aguja. Consecuencüis. - I. ª Es fácil, por medio de aproximen al eje de supension, lo cual díslos ángulos a.,~. encontrar la posicion del me- - minuye la accion de la componente horizontal ridiano magnético, determinando el ángulo de la fuerza terrestre, y por tanto, se consigue hacer el sistema indiferente. e a b que forma con el plano o a c. Ampere construyó una aguja astática, · coEn efecto, los triángulos rectángulos b ca, locando el plano- en donde giraba perpendicubea dan: lar á la aguja de inclinacion, es decir, á la a e a b cos e a b fuerza magnéticfl terrestre. La aguja se muea e= a b cos e a b = a b sen e a b. ve en el plano de un círculo dividido (fig. 24) Dividiendo las dos igualdades miembro fijo á una rueda dentada vertical r, sobre la cual acciona un tornillo sin fin v v'. El soporpor miembro, resulta: 1 te de la rueda r, está sostenido por una sea e : a e= tang e a b gunda rueda dentada horizontal s que hace tang e a b =tanga. : tang ~mover el tornillo tangente n, Por medio de estas dos ruedas, se coloca, por tanteo, el plano 2. º Coulomb observa que, para mantener la aguja horir_ontal, ó, en general, en una po- del círculo que recorre la aguja perpendicusicion que forme un ángulo constante con el lar á la fuerza magnética terrestre.

CAPÍTULO I I I

[

COMPARACION DE LAS FUERZAS -MAGNÉTICAS

Leyes de las atracciones y repulsiones magnéticas.

t'ntensidades de las atracciones y de las repulst'ones magnéticas varían en raq-_on inversa de los cuadrados de las distanct'as de los centros de accion . . Esta ley, sospechada por Tobías Mayer y adoptada por Mitchell y por Lambert, la demostró <;:::oulomb por los dos métodos siguientes: !.-MÉTODO DE LAS OSCILACIONES. - Una aguja horizontal astátt'ca oscila bájo la influencia ·de uno de los polos de un iman vertical, suficientemente largo para que su otro polo no ejerza influencia en la aguja. Esta debe ser bastan.te corta para que las fuerzas que obran en los polos puedan considerarse iguales y paralelas en todas sus posiciones. Las oscilaciones si•g uen entonces las leyes de las del péndulo. Si se hacen dos experimentos consecutivos colocando el polo del iman á distancias distintas d, d' del centro 'de la aguja, las fuerzas magnéticas m, m', serán entre sí como los cuadrados de las cantidades n~ n' de las oscilaciones ejecutadas en el mismo espacio de tiempo. Así se tendrá la ecuacion. AS

n•: n''=m: m' y, como la experiencia demuestra que las cantidades n, n', d, d' satisfacen á •la relacion n: n' d' : d, se deduce

= d'': .d'.

m: m'

Tambieri puede operarse por medio de una aguja imantada que no sea astática. Sea, en este caso, N el número de oscilaciones que ejecuta bajo la influencia de la tierra sola-. mente, n este número cuando oscila bajo la influencia de las acciones del globo y del polo de un ilnan situado en el meridiano magnético, y n' este número cuando el iman está más separado. Llamando F, m, m' á las fuerzas magnéticas del globo y del iman en las dos distancias consideradas, se tiene:

= F: (m + F) N• : n • = F : (m' + F) N•: n•

de donde deduciremos, (n' - N•) : m

(n" - N 1)

= N• : F

m'::;:::;. N• ; F

238

FÍSICA INDUSTRIAL

y por último, m : m'

= (n' -

N') : (n" - N').

aguja será repelida, y formará con el meri dia.qo magnético un ángulo determinado por las divisiones que rodean la caja . Este ángulo es tambien el ángulo de torsion y sirve de medida á la fuerza de torsion, la cual, sumada á la accion magnética d.e la tierra; se equilibrará con la repulsion del iman, con relacion á la distancia entre su polo y el de la aguja a c. Si m representa la repulsi~n magnética, ex la fuerza de torsion, y e la necesaria para llevar la aguja á la posicion que ocupa, por la sola accion de la tierra, se tendrá:

La aguja oscilante que empleaba Coulomb, estaba suspendida por un hilo de seda sin torcer; pesaba 3'75 gramos y daba 15 oscilaciones por minuto bajo la influencia del globo. El iman verticsl estaba formado por un hilo de acero, y su polo matemático se encontraba á 30 milímetros del extremo. El polo estaba en el plano horizontal <;le la aguja cuando ésta permanecía horizontal y daba el máximo de oscilaciones en un tiempo dado. m=ex+a II.-BALANZA MAGNÉTICA.-En el segundo método, se emplea la balam,_a de torsion ó que será el valor de la fuerza magnética ejerbalanr_a de Coulomb, instrumento de los más cida á la distancia correspondiente al ángulo exactos, que ya habia aplicado el inventor al de separacion. estudio de las fuerzas eléctricas, como vereSi se tuerce el hilo por su extremo superior, mos más adelante. de un ángulo ~ por ejemplo, de modo que La balam,.a magnética consiste ~n una caja el polo c se aproxime al iman A, la repulsión de vidrio, cilíndrica ó rectangular (fig. 25), m, obrará á una distancia menor, y si ex, es el cerrada con un cristal que lleva en su cen- ángulo que forma la aguja _con el meridiano tro un tubo de vidrio t que sobresale. En la magnético, ~ ex, será el ángulo de torsion. parte superior de este tubo está suspendido Llamando e, á la fuerza de torsion que repreun hilo metálico que sostiene una aguja iman- senta la accion terrestre en este nuevo estado tada horizontal a c. Alrededor de la caja esde la aguja, se tendrá: tán trazadas sobre el vidrlo unas divisiones m, ;= ~+ex, + e, que corresponden á ángulos de 1 grado, situadas en el plano de la aguja. Estas divisioLa experiencia demuestra que los _valores nes son grados de la circunferencia, cuando de m y m, satisfacen muy sensiblemente á la la caja es cilíndrica. El hilo de suspension se relacion m : m, = ex,' : ex 2 • arrolla á un cilindro, representado aparte Para comprobar la ley referente á las atracen o, sostenido por un taco metálico, algo có- ciones, debe torcerse el hilo por su parte sunico, que se introduce con roce suave en un perior, con el fin de alejar el extremo c de disco dividido en grados. Este disco puede la aguja, del polo del iman A que le atrae. _girar en una virola v fija al tubo t. De esta El ángulo de torsion es imtonces igual á la disposicion resulta la posibilidad de torcer el cantidad con que se ha hecho girar la virola hilo / por la parte superior, ya haciendo girar superior, disminuida del ángulo que forma el taco r, ó ya haciendo girar el disco gradua- la aguja con el meridÍano magnético, y la do, con el cual se combina un vernier traza- atraccion m' se obtiene por la igualdad do en la virola v, que indica el desplazamienm' ~ ex - e., to angular. Se principia por colocar la aguja a c en el adoptando las .mismas a-n otaciones que antes. meridiano magnético, sin que esté torcido La aguja imantada que empleaba Coulomb, el hilo, lo cual se comprueba sustituyendo consistía en un hilo de acero de 650 milímeesta aguja por una varilla de ~obre de igual tros de largo y 3'·4 milímetros de diámetro; peso. Colocada nuevamente la aguja, se le debajo estaba suspendida una placa vertical aproxima, en el meridiano magnético, el polo de latan sumergida en agua, con el objeto de de un iman delgado A, que se introduce por amortiguar las oscilaciones. El iman fijo era un agujero de la tapa. Suponiendo que los idéntico á la aguja móvil, y su punto de cruce polos que se miran sean de igual nombre, la se encontraba á 27 milímetros de los extre-

= -

• C0MPARACI0N DE LAS -rnos. Antes· dé experimentar, se evaluaba la accion del-globo, que Coulomb suponia proporcional al menor ángulo formado por la . aguja con el meridiano magnético; los ángulos los tomaba por los senos. CAUSAS DE ERROR_.-Operando tal cómo acabamos de indicar, existen varias causas de error: en. primer lugar, los puntos del iman fijo que obran sobre la aguja móvil no son úni_camente los que se hallan en la seccion hecha .por el plano horizontal que la contiene, por obrar tambien los que se encuentran sobre y debajo de dicha seccion, y relativamente, de un modo más sensible, cuando es mayor Ja distancia, por ser menos pr.onunciada entonces la oblicuidad .. Desde luego, el efecto que se observa ~s más complicado y así sólo se comprueba la ley aproximadamente, por no ser esta rigorosamente exacta más que para dos elementos magnéticos. Además, como las distancias se cuentan en los arcos, en vez de serlo en la cuerda, y como la -accion se ejerce oblícuamente á la direccion de la aguja, es fácil observar que, las dos últim::is causas de error son · muy pequeñas con relacion á sus débiles separaciones ,y tienden á compensarse, por cuanto las distancias muy grandes se cuentan en el arco, y -fuerzas muy grandes tambien se las considera las enteras, en vez de tomar su componente normal á la aguja. Estas dos causas de error se pueden determinar por el método siguiente: Sea o a (fig. 26) la aguja situada en el meridiano_ magnético, o a' su posicion cuando está sometida á la influencia del iman b. La distancia á que se ejerce la repulsion está representada por la cue1:da a a' ó por 2 a e. Poniendo a o a' r.i, y o a l, se tiene

a c=l sen

I -r.i.

La distancia es, pues, d=

lsen -

I r.i.

La fuerza repulsiva a' r se descompone en otras dos, situadas, la una, en la prolongacion de o a', y la otra perpendicular á o a·. Esta última componente, cuya expresiones r cos . I -

-2

r.i,

se equilibra con la fuerza de torsion y

FUERZAS MAGNETICAS

23q

con la accion directivá del globo. Si t es la fuerza de torsion correspondiente á I grado, y F la componente horizontal de la fuerza magnética del globo, se tendrá I

r cos -2

r.i

= t + F sen r.i

r.i,

de donde

F sen r.i r.i t r = - - ----~ I cos -

r.(

Para obtener una separacion menor r.i', se ' hace girar la virola superior de la balanza magnética de una cantidad ~; la distancia a a' se sustituye entonces por la distancia d =2' l sen i

-r.i,

y la repulsic;m magnética se convierte en r'

(r.i'

+ W) t+F sen

r.i'

I ' COS-r.t 2

Se comparan luego los valores de r y r' con los cuadrados de los valores de d y d'. Tambien puede procederse de otro modo: si la ley del cuadrado de las distancias es verdade'ra, y si llamamos 'í' fuena repulsiva á la unidad de distancia, r.i al ángulo de separacion, y b al ángulo total de torsion, tendremos d ~ ó bien

_ b t

'í'

4/' sen• -

1 r.i

cos

+ F sen I

r.i

-r.(

de donde 'f'

L•

(b t

+ F sen

r.i)

sen

r.i

tang

r.i.

Siendo constante el pdmer miembro, deberá suceder lo mismo con el segundo, sean los que fueren los valores de r.i y b, siempre que, repetimos, la ley de los cuadrados sea verdadera , que es realmente lo que tiene lugar. Comparacion de los imanes.-Distribucion del magnetismo.

COMPARACION DE LA FUERZA DE LOS IMANES. -Durante mucho tiempo se comparó la fuer-

FÍSICA INDUSTRIAL

za de los imanes, deduciéndola del peso máximo que podian soportar; pero este medio dá tan sólo una aproximacion muy grosera, por depender este peso de varias c~rcunstancias, e ntre las cuales figuran la.masa y la forma del hierro atraido del cual se suspende la carga. En el dia, se emplean las oscilaciones ó la balanza de torsion. Por el método de las oscilaciones, se procede como hemos indicado antes, con la sola diferencia que, en vez de colocar un solo iman á distancias distintas, se hacen obrar sucesivamente los varios imanes que se comparan, colocándoles siempre á la misma distancia de la aguja, la cual debe ser suficientemente larga para que los imanes no puedan modificar su estado magnético. La balanza de torsion se emplea como ya acabamos de decir, sólo que, despues de haber introducido sucesivamente en A (fig. 25) el polo de cada uno de los imanes que se comparan, se procura, torciendo más ó menos por arriba el hilo de suspension, separar siempre con igualdad la aguja móvil del meridiano magnético. MOMENTO MAGNÉTICO DE UN IMAN.-Tambi.en pueden colocarse los imanes en un estribo fijo al hilo de suspension de la balanza de torsion, de tal modo que permanezcan en el meridiano magnético sin que haya torsion. Se busca luego el número de grados en que debe girar el micrómetro superior para 6btener una separacion constante para todos los imanes que se comparan. Las fuerzas de torsion así obtenidas con relacion á los varios imanes, representan lo que Coulomb llama momento tJJ.agnético de estos imanes. El momento magnético depende á la vez de la intensidad magnética de los polos y de su distancia al eje de suspension. DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO EN LOS IMANES SEGUN LA LONGITUD.-Para ello emplea Coulomb indistintamente el procedimiento de la balanza magnética ó el método de las oscilaciones. Antes se contentaban con buscar el peso máximo que podia sostener el iman por sus varios puntos. M étodo por la balanr_ade torsion.-Se introduce en la balanza una regla vertical de madera L L' (fig. 27), de modo que toque la aguja móvil a b, situada en el meridiano magnético, sin que el hilo de suspension esté torcido. La

regla tiene en su lado opuesto una ranura por donde resbala verticalmente una aguja ci líndrica imantada a' b', cuyo polo b' es de signo contrario al del polo a, que es entonces repelido; se la coloca nuevamente en el meridiano magnético torciendo el hilo por arriba, y el ángulo de torsion medirá la fuerza repulsiva ejercida. Se hace bajar luego el imana' b', de modo que presente otra seccion á la aguja móvil y se observa otro ángulo de torsion. Como el iman está muy cerca de la aguja, sólo habrá la seccion recta, situada enfrente del polo a, que obrará con eficacia, puesto que las secciones de encima y de debajo obran muy oblícuamente. MÉTODO DE LAS OSCILACIONES.-Para aplicar este método, Coulomb hacia oscilar un pequeño imana (fig. 28) suspendido á un hilo de capullo, frente de las varias secciones de un hilo de acero imantado o o', colocado verticalmente en el meridiano magnético . El iman a, cuya seccion se vé en b, recibía el máximo de imantacion para que no influyese en su estado el difereate magnetismo de los varios puntos de la aguja o o', de la que estaba igualmente separado siempre. Si llamamos m y .m' á las intensidaaes magnéticas en dos puntos distintos, N, n, n', las varias oscilaciones del imana bajo la influencia de la tierra solamente, y bajo esta influencia sumada con la de uno de los puntos considerados, se tendrá, segun el primer párrafo de este capítulo m: m'

=n•-

N • : n' • - N •.

M étodo por arranque.-Para comparar las intensidades magnéticas delos diferentes puntos de un iman, mide Jamin los esfuerzos necesarios para separar una punta de alarobre terminada en bola, que se aplica sucesivamente á estos varios puntos. Esta bola s (figura 29) está suspendida en el brazo B de una balanza, y el iman, cuyo extremo se vé en m, está situado en un carro e móvil sobre rails . Para medir la fuerr_a de arranque, se vá estirando poco á poco el resorte r haciendo girar la pequeña cabria t, en la cual se arrolla un cordon de seda unido al resorte. La poleita dividida d permite contar el número n de vueltas que debe dar la cabria para que la tension produzca el arranque de m; de esto

C_OMPARACION DE ÍAS FUERZAS MAGNÉTICAS

se deduce ·el alargamiento l experimentado y presenta la misma forma general que laque por el resorte. La tension P de este resorte se co~struya doblando la intensidad en el se obtiene por la fórmula l = K L P; en la extremo libre. La fig . 28 representa la forma de la curva cual L-es la longitud del resorte. con relacion á un iman cilíndrico muy largo. Llamando r el radio de la cabria, se tiene · Se vé en ella un espacio neutro n n', á partir Z=- 2 1t r n, y, por consiguiente, del cual la fuerza magnética vá aumentando 21trn=KLP, cada vez más rápidamente. La curva es la misma para imanes de longitud distinta, pero luego cuya seccion sea igual, siempre que la longi2 1t r P= K L n= k n. tud pase de 25 centímetros; el espacio neutro n n' es el único que varía. Los polos del imano o' corresponden alcenLa constante k se evalúa directamente potro de gravedad de las superficies A o n, A' o' niendo un peso conocido en B, y buscando el n', por ser aquellos los puntos de aplicacion número de vueltas necesarfas para que haya de las resultantes de fuerzas proporcionaequilibrio. les á las ordenadas de las curvas A n, A', n'. La intensidad en el punto de conta~to es Coulomb determina su posicion por d cálcuigual, segun _Coulomb, á V P; el magnetismo p. de este punto desarrolla en la bola s lo, y encuentra que las distancias de estos igual cantidad de fluido de signo contrario, puntos á los extremos de las agujas cilíndride modo que la fuerza de arranque debe ven- cas son entre sí, á corta diferencia, como cer una resis.tencia magnética proporcional sus diámetros. En las agujas que empleaba á p.'. Para poder comparar las medicio_nes he- Coulomb, la distagcia era de 40 milímetros. A chas en varios barrotes, se las reduce á las igualdad de diámetro, esta distancia era la que sé obtendrían con un cilindro de hierro misma, así como tambien la forma de las curde o' 1 centímetros de diámetro y I 5 centí- vas, cuando la longitud pasaba de 25 centímetros, á lo menos, de largo. Dos experi- metros, y el momento magnético era propormentos que se hagan en un mismo punto del cional á la distancia de los polos entre sí. Si el iman es muy corto, los polos están iman m, el uno con un cilindro y el otro con situados á una distancia de los extremos algo la bola de prueba, darán el factor por el cual deben multiplicªrse los -resultados obtenidos mayor que de la longitu~, y el exceso es con esta última, para pasará los que daria el cilindro de hierro, de no -tan cómodo empleo. tanto menor cuanto más corto sea el iman; Jamin observa que la fuerza de arranque del en cuyo caso la curva se' aproxima mucho á cilindro es proporcional á su seccion, y que una línea recta, encontrándose el polo en _ei la base de contacto puede ser redonda sin que centro de gravedad de un triángulo, es decir, en el tercio de su altura á partir de la_base. por esto cambie la fuerza. Apoyándose Biot en la analogia que existe D1STRIBUCION DEL •MAGNETISMO EN UN !MAN entre los hilos imantados y las pilas eléctri-: LIN_EAL. -Coulomb representa las intensidades de los varios puntos de una aguja lineal o o' cas, de que trataremos á propósito del conpor perpendiculares, cuyos extremos -están densador eléctrico, halla para la curva, la unidos por una curva; pero dobla los resulta- eooacion logarítmica: dos obtenidos en los dos extremos, por estar el iman oscilante a solicitado por puntos situados sobre y debajo de la seccion de la aguja o o'- colocada á la misma altura, y faltar la en cuya fórmula las abscisas se .c uentan en mita<l de estos puntos al llegar al extremo. sentido de la longitud, á partir del extremo Este modo de proceder se justifica-por obser- norte. A y n son constantes y 2 l la longitud de varse las intensidades cerca de un punto con- _ la aguja. secuente. La curva es simétrica á ambos lados Cuando esta longitud es muy grande, .e l de la perpendicular que pasa por este punto

FÍSlCA. IND.

T. II.-Jl

FÍSiéA INDtJStRlAt

curvas, y Roget ha indicado el medio de trazarlas, bien sea por puntos, ó ya de un modo desde luego puede despreciarse n• 1- • , y la contínuo; mas los resultados así obtenidos, ecuacion se reduce á aunque muy interesantes, no pueden ser exactos. y= A n•. IMANES NO PRISMÁTICOS.-En lo que anteLa distancia de los polos á los extremos se cede se ha tratado solamente de imanes prismáticos, de imantacion regular, cuya línea obtiene con la fórmula·: está en el centro. Si el iman tiene una neutra 1 (1-n• 1)) x=- ( 2ln 1 forma distinta ó está imantado irregularmen(1 - n 1)' log. n te, ya no podrá dar el cálculo la posicion de los polos, y entonces deben buscarse éstos exen la cual los logaritmos son hiperbólicos. Si la longitud es muy grande, n es una perimentalmente. Así, se ha observado que, fraccion, y, despreciando sus potencias, re- en las agujas en forma de rombo alargado, los polos se aproximan al centro y tanto más sulta cuanto más corto es el rombo. l En anillos bien homogéneos, los polos pueX=- log. n den encontrarse en los extremos de un mismo Los resultados calculados por medio de diámetro ó de dos diámetros distintos. En hojas largas y gruesas, la imantacion es estas fórmulas concuerdan perfectamente con casi siempre irregular, y existen muy á melos obtenidos experimentalmente. Partiendo Green de la hipótesis de la fuer- nudo puntos consecuentes. Los imanes rectilíneos de seccion muy peza coercitiva, dá una fórmula que representa el momento magnético de una aguja cilín- queña, pueden estar tambien imantados con drica, para el caso en que no sea muy corta. irregularidad, con sus polos de fuerza desigual, EXPERIMENTOS CON HILOS MUY FINOS.-Para y entonces la línea neutra está más próxima al aproximarse todo lo posible á la condic_ion más fuerte, de modo que las dos mitades conde una sola fila de elementos magnéticos, tienen siempre la misma cantidad de fluido Becquerel preparaba hilos de acero de menos libre. De los experimentos de Kupffer resulta, 1 de - - de milímetros de ·diámetro, por el que la influencia de la tierra basta para cam20 procedimiento .de Wollaston, pasándoles por biar la línea neutra .. En nuestro hemisferio, la hilera des pues de cubiertos con una capa de si •el iman está colocado verticalmente, y el plata. Quitaba luego esta plata por medio del polo norte mirando abajo, este polo pasará á mercurio seco. Para que estos hilos permane- ser más potente que el otro, y la línea neutra ciesen rectilíneos, se les imantaba, se suspen- más baja. Si es el polo sud el que mira abajo, dian en la balanza de Coulomb, y se operaba la línea neutra pasa al centro, y las fuerzas como ya hemos dicho. La distribucion del de los polos serán iguales. Haldat ha imantado placas de acero de 2 á magnetismo resultó de acuerdo con la ley es1 3 decímetros cuadrados de superficie y de tablecida por Biot. En un hilo de - - de mi1 á 3 milímetros de grueso, pasando simple73 límetro de diámetro y 128 milímetros de larmente por su superficie la punta un poco rego, los polos se encontraban igualmente á dondeada de un fuerte iman. Las limaduras 8'5 milímetros de los extremos, á pesar de lo de hierro se acumulan en los puntos por donde ha' pasado el iman y forman las llamainsignificante del diámetro. CURVAS MAGNÉTICAS.-Las curvas que for- das figuras magnéticas. Estas figuras presenman las partículas de limaduras en los espec- tan la forma de cintas, cuya longitud depende tros magnéticos, de que hemos tratado al prin- de la del irnan; la limadura se acumula en los cipio, pueden dar una idea de la manera como bordes y determina con la mayor limpieza los se distribuye el magnetismo en los imanes. límites, abandonando el espacio intermedio, Lambert consiguió dar una ecuacion de estas qu0 es lo mismo que sucede~con los polos de valor de n es una fraccion próxima á -

1 - -; 2

C0MPARACION DE LAS FUERZAS MAGNÉTICAS los imanes cuando se forma el espectro magnético. Las figuras magnéticas se obtienen tambien interponiendo entre el iman y la placa de acero, placas de substancias no magnéticas, como madera, carton, etc., sólo que, en este caso, debe pasarse varias veces el iman por las mismas líneas, por obrar entonces el iman á distancia. Estas figuras pueden combinarse con las figuras acústicas de Chladni haciendo vibrar la placa con un arco, lo cual no destruye de ningun modo la imantacion; si se la golpea respectivamente con un mazo de madera, pasa al estado neutro por ceder la fuerza coercitiva. N.º de hojas Ang. de torsion

125º

Se vé con esto, que la fuerza directiva dista mucho de ser proporcional al número de hojas; lo cual demuestra que reaccionan unas sobre otras, modificando su · estado ·magnético. En efecto, habiendo separado las hojas, observó Coulomb que las fuerzas ya no eran iguales y que disminuían del exterior al interior; los ángulos de torsion necesarios para desviarlas de 30 grados del meridiano magnético, eran para las 8 que se encontraban á un lado, principiando por el exterior, 48°, 36°, 35º, 3.3°, 34°, 38º, 35° y 31º. Se ha de tener presente que estos resultados no representan ciertamente las fuerzas individuales de las varias hojas, estando reunidas; puesto que cambian de e~tado cuando se las separa, destruyéndose su influencia mútua, y debilitándose cuando se las reune. Así, por ejemplo, el momento magnético de una sola hoja, tomada aisladamente, es de 82 grados; siendo el de 16 hojas reunidas, tan sólo de 228'8 grados, dá un promedio de 14'3 grados para cada una de ellas, cantidad muy inferior á la que, segun acabamos de indicar, corresponde á una sola hoja aislada . Coulomb ha hallado algunas veces las hojas del interior al estado neutro, y otras veces, imantadas en sentido inverso de las demás. Nobili obtuvo los mismos resultados en agrupaciones de imanes muy delgados.

243 DISTRIBUCION TRANSVERSAL DEL MAGNETISMO EN Los IMANEs.-Observa Coulomb que la fuerza magnética de un iman, vá aumentando del eje á la superficie. Para demostrarlo, cortó de una plancha delgada de acero 6 hojas iguales de 21 milímetros de ancho por 162 milímetros de largo; las imantó á saturacion y las agrupó sobreponiéndolas unas á otras, formando haces compuestos sucesivamente de 2, 3, 4, ...... , 16 hojas. Ensayó luego cada haz en la balanza magnétka y anotando cuidadosamente el número de hojas, buscó el ángulo de torsion que pudiese desviarlas de 30 grados del meridiano magnético, encontrando los resultados siguientes:

182°

205°

229°

Por lo tanto, un barrote no puede considerarse formado por filas de elementos magnéticos, igualmente imantadas todas ellas. En lo que antecede, nos hemos referido á los haces de agujas ú hojas imantadas y no á imanes de una sola pieza; mas como observase Coulomb, que un haz de hojas comprimidas unas con otras, adquiere la misma fuerza magnética que un barrote único de iguales dimensiones exteriores, se ha supuesto que, en los imanes de una sola pieza, la fuerza magnética, vá disminuyendo tambien del exterior al interior. Para comprobar dicha suposicion, Nobili empleó é imantó dos cilindros del mismo acero y de iguales dimensiones exteriores, unó de los cuales era macizo y taladrado el otro en toda su longitud; este último, desviaba una aguja de prueba de 19 grados; mientras que el otro, sólo la desviaba de 9' 5 grados, á pesar de tener un peso dos veces mayor que el primero. Haldt imantó fuertemente un tubo de hierro, por medio de una corriente eléctrica, (como explicaremos más adelante), y observó que la fuerza magnética era la misma cuando el tubo era hueco, que cuando contenía un cilindro macizo bien ajustado, ó limaduras de hierro bien apretadas. El mismo físico intentó, pero en vano, hacer pasar la imantacion, del centro de un haz, cuyas agujas ú

244

FÍSICA INDUSTRIAL

hojas estaban imantadas, á las partes exteriores que estaban al estado neutro. Por último, Barlow observó que las acciones ejercidas en una aguja imantada, por un globo de hierro hueco y otro macizo, eran iguales, á pesar de que las paredes del primero tuviesen uri. espesor de 0'1 milímetros. IDEAS TEÓRICAS SOBRE LA CONSTITUCION DE LOS IMANEs.-Hemos visto ya que un iman puede considerarse compuesto de filas de elementos magnéticos situados de frente por los polos contrarios. Jam in supone que estos polos se neutralizan de dos en dos, de suerte que los polos extremos de cada fila pueden por sí solos producir acciones exteriores; pero como estos poJos, de igual nombre, se repelen, las filas divergen hácia sus extremos, y los polos activos se esparcen por las dos superficies polares del iman, desde la seccion media á 1.Ds extremos. La atraccion en cada elemento de superficie, es proporcional al número de-polos elementales que terminan en él, y la fuerza de arranque, al cuadrado de dicho número. Todas las filas _pasan por la seccion media, que las eHvuelve, de suerte que su número, y por consiguiente, la cantidad de magnetismo, dependen del grandor de dicha seccion. Si el iman es delgado y está saturado, las filas de elementos llegan hasta su eje, y el mágnetismo total es proporcional á la seccion media. Si el barrote es grueso, la imantacion no penetrará más que hasta cierta profundidad, . y si ésta es débil, la cantidad de magnetismo será proporcional al perímetro de dicha seccion. El magnetismo posible, depende exclusivamente del número de filas que atraviesa la seccion media y, por consiguiente, de sus dimensiones; pero depende tambien de la extensioii de las superficies polares, que deben ser tales, que todas las filas encuentren suficiente espacio para terminar allí. Si el iman es muy largo, sus extremos presentan· una superficie mayor que la necesaria; existe un espacio neutro más ó menos extenso, y las dos curvas de intensidad, ya no se juntan. Si se acorta el iman poco á poco, sin

cambiar dichas curvas de forma al principio, acaban por unirse á la línea neutra, y entonces se obtiene la imantacion completa en la menor longitud posible. Si se acorta aún más el iman, las superficies polares ya no son suficientes para el esparcimiento de todas las filas; las más cortas desaparecen y la cantidad de magnetismo disminuye. Jamin llama á estos imanes, imanes braquipolares; y á los que presentan un espacio neutro entre las curvas, meg~polares. Este modo de considerar la constitucion de los imanes se confirma con los experimentos siguientes: Tres hojas delgadas megapolares de 1. º igual seccion media, de las cuales, una' de ellas es rectangular, otra en forma de rombo alargado-, y la tercera vá ensanchándose hasta las dos puntas á partir de la línea media, se experimentan con la bola ó plan de prueba (fig. 29) y ·se vé que presentan la misma cantidad total de magnetismo. 0 Si se toma una hoja imantada megapo2. lar bastante ancha y este ancho se disminuye en la línea media, la canüdad de magnetismo disminuye tambien y pei-manece siempre sensiblemente proporcional al ancho reducido. Si el imanes braquipolar, la relacion entre el magnetismo y la seccion media vá aumentando á medida que se le estrecha; pero hasta cierto límite, todas las filas que quedan, acaban por encontrar superficie suficiente para esparcirse. 3.º Si se_añaden piezas de hierro dulce á los dos extremos, el experimento demuestra que se cambia la distribucion, pero no la cantidad de magnetismo, si el iman es megapolar, que es ciertamente lo que debe esperarse; esta cantidad no aum~nta al volver á imantar el barrote así armado. Si es braquipolar y se le vuelve á imantar despues de añadirle las piezas polares, entonces toma todo el magnetismo que permite la seccion mediá y aumenta considerablement e su fuerza. Si se le quitan las piezas de hierro, las superficies polares son ya insuficientes, y queda reducido el iman á su primitiva fuerz:r.

CAPÍTULO - IV IMANTA CION Y FUERZA DE LOS l-MAN_ES

Procedimientos de imantacion. "

?-"

'1t"

•

\. IFERENTES MEDIOS DE IMANTACION. ~\ -Imantar, es desc·omponer el fluido neutro de los elementos .J, magneticos -del cuerpo en posesion de la fuerza coercitiva. Se imanta por medio de los imanes, por medio del magne tismo del globo, y por la electricidad. El empleo de esta última, que es la que dá el medio más completo y más enérgico, lo estudiaremos á su debido tiempo. Segun Morichini y madama Sommerville, la luz solar tiene la propiedad de imantar las pequeñas agujas de acero, mas Pouillet, Riess y Moser han demostrado que esto es inexacto, y aseguran que las señales de magnetismo observadas algunas veces, deben atribuirse á la accion del globo, por cuanto el calor solar hace que la fuerza coercitiva ceda. PUNTO DE SAT.URACION.-Los fluidos separados de . un iman tienden á combinarse y no permanecen separados mientras la fuerza coercitiva no se oponga á su separacion; y como esta fuerza es limitada, existe para cada barrote un máxlmo de imantacion que depende de. su naturaleza, de su volúmen, de su forma y de la fuerza coercitiva de que está dotado . Al obtener este máximo, se dice qu~ el campo está imantado á saturact'on.

MÉTODO POR SIMPLE CONTACTo.-Para imantar, se procedia, al principio, colocando uno de los polos del barrote de acero templado que se quería imantar, en contacto con uno de los polos del iman. Este polo obra sobre el fluido neutro, haciendo ceder la fuerza coercitiva, atrae hácia sí el fluido de nombre C(?htrario de cada elemento magnético, y repele al lado opuesto, el fluido de igual nombre. Este efecto se deja sentir hasta el otro extremo del barrote, por obrar los elementos unos sobre otros como tos pedazos de hierro, en la cadena magnética (fig , 8). Pero como el efecto se vá debilitando á medida que se aleja del punto de contacto, la línea neutra se encuentra más cerca de este punto y el polo opuesto resulta difuso y poco determinado. Hasta puede darse el caso de que la accion no se deje sentir en el _extremo, si el barrote es muy largo y muy templado; en cuyo caso se forma un punto consecuente · á cierta distancia, más allá del cual ya no existe imantacion; ó bien se encuentra un polo de igual nombre que el del iman, }' hasta, á veces, un tercero de nombre contrario . Estos puntos consecuentes son cada vez más débiles, atribuyéndose esa debilidad á la accion del fluido del polo que les precede inmediatamente.

FÍSICA INDUSTRIAL 1

Por lo demás, la descomposicion no se re.suelve instantáneamente. Robinson observa que se verifica con pequeños intérvalos y con tanta más lentitud, cuanto mejor templado ?ea el acero. Así, al tocar el barrote- el polo positivo del iman, se forma primero un polo negativo en el punto de contacto, un poco más lejos un polo positivo, y luego un segun.do polo negativo más débil. Estos polos marchan lentamente hácia el extremo opuesto del iman, y si el barrote no es muy largo, al cabo de cierto tiempo, el primer polo positivo alcanza el extremo, y el iman queda cons..: tituido con dos polos solamente. Si el barrote es muy largo, acaba por cesar el desplazamiento magnético y se producen puntos consecuentes. Jamin llama conductibilidad magnética, á la facultad de propagar así el magnetismo, facultad que es tanto más pronunciada cuanto más débil sea la fuerza coercitiva, de cerca en cerca. Por este método sólo es posible imantar barrotes muy pequeños, y la imantacion es irregular, á menos que el barrote sea muy corto y el iman muy poderoso. Gangain aumenta considerablemente el efecto, calentando el barrote de acero suspendido al iman y dejándole enfriar en esta posicion. SIMPLE CONTACTO CON FRICCION.-Se imantan tambien á saturacion los pequeños barrotes, rozándoles varias veces consecutivas con· el polo de un iman, cuidando de hacerlo siempre en el mismo sentido. Consideremos una fila de 'elementos magnéticos A B (figura 30), sobre la cual se pase el polo positivo del iman C, en la direccion que indica la flecha. Cuando el iman llegue á n se producirá en los varios elementos una descomposicion indicada por los signos y - . La que existe en la parte n A, hácia la cual marcha el iman, cambiará en cada punto así que la haya pasado el iman, de suerte que todos los elementos se dispondrán como los de la parte n B, así que el iman llegue á A. Si se hace pasar por segunda vez el iman, marchando siempre de B á A, se repetirán los mismos efectos y se aumentará la imantacion, puesto que el estado magnético establecido en la parten A, al pasar por primera vez el iman, no se ha destruido ni cambiado enteramente al pasar nuevamente el iman. Se vé, pues,

que al segundo contacto, el extremo forma un polo contrario.al del iman. lMANTACION POR DOBLE CONTACTO. - Hasta mediados del siglo pasado, no se conocían otros procedimientos de imantacion que los que acabamos de exponer. En 1745, Reaumur y Buffon recibieron de Oxford unos pequeños barrotes imantados, fabricados por el .médico inglés Knight, que tenían una potencia extraordinaria atendidas sus dimensiones. Poco tiempo antes, un fabri~ante de imanes, Lemaire, obtuvo resultados muy notables por un método nuevo, que ensayó Duhamel despues, en vista de los imanes de Knight. Imantando pedazos de hojas de sable colocadas unas sobre otras, consiguió dar á las más pequeñas, que se encontraban encima, una imantacion comparable á la de los imanes de Kinght. Éste, decia que no empleaba la piedra iman, pero mantenia secreto su procedimiento. Mitchell y Canton, en Inglaterra, Duhamel y Antheaume, en Paris, procuraron obtener los mismos resultados, y, debido á sus investigaciones y á las de JEpinus, perfeccionadas por Coulomb, hoy dia se imantan los más gruesos barrotes con muy buenos resultados. Todos estos procedimientos se les conoce con el nombre de imantacion }Jor doble contacto. Método de Knight.-Knight ponía ·en contacto, por sus polos contrarios, dos gruesos barrotes imantados, y encima de ellos colocaba, siguiendo la propia longitud, el barrote que trataba de imantar, de tal modo, que su centro se encontrase en el punto de union de los imanes. Un ayudante sujetaba luego el barrote para que no se moviese y separaba Knight los imanes con suavidad hasta los extremos· de aquel. Con esto se vé que los dos imanes concurren á la desco~posicion que se verifica en lds elementos magnéticos, y por lo mismo la imantaciones completa, mucho más que cuando se emplea un solo iman. Tambien descubrió Knight el efecto del temple sobre la fuerza coercitiva, operando en barrotes de acero fuertemente templados, con lo cual obtenia resultados desconocidos hasta entonces. Método de Mitchell.- Se disponen varios barrotes de acero unos á contfouacion de otros, n ·s (fig. 31) y se apoyan perpendicu-

larmente, en el centro, los polos opuestos de dos imanes mantenidos á una distancia constante uno de otro. Se les hace resbalar en· esta forma, de uno á otro extremo den s, de derecha á izquierda y de izquierda á derecha repetidas veces, pero sin que pasen de los extremos. La operacion termina recibiendo cada mitad el mismo número de fricciones, y cuan. do los imanes llegan al centro. Á este modo de operar le llama Mitchell el doble contacto, puesto que al encontrarse cada elemento magnético en n, entre los dos imanes, está sometid0 á la suma de las acciones ejercidas por los dos polos, mientras que los elementos situados al exterior, no experimentan la diferencia de estas acciones. Se observará que los barrotes situados en el centro adquieren mayor fuerza que los de los extremos, por hacerles experimentar éstos una accion que retiene en estado de separacion los fluidos que los imanes móviles tienden á combinar de nuevo en los elementos que se encuentran fuera del espacio que recorren. La distancia entr~ los imanes, depende de la posicion de sus polos matemáticos; pues el elemento n está sometido á acciones n r, n r' que pasan por estos polos, tanto más oblicuos cuanto más separados estén de los extremos. La oblicuidad disminuye cuando se separan los dos imanes, en cuyo caso los polos se alejan del punto n; desde luego existe un centro á considerar. El cálculo demuestra que Ja distancia debe ser tal, que el ángulo r n r' sea de unos 70 grados. Método de ./Epinus. - Este método, de doble contacto, cm1siste en inclinar los dos imanes en sentido contrario, para que, de este , modo, esté más bajo su polo matemático. Hé aquí cómo se practica hoy dia este método, perfeccionado por Coulomb: se coloca el barrote que se quiere imantar, entre los polos opuestos de dos fuertes imanes a, b (fig. 32). Los imanes móviles c y d se apoyan en su centro, inclinados de 15 á 30 grados segun la posicion de sus polos, y separados por un pedacito de rirndera o. El polo de cada uno de ellos debe ser de igual signo que el del iman fijo qu"e se encuentra en el mismo lado. Se pasan los imanes móviles, así dispuestos, de un extremo á otro del barrote, de modo que sus dos mitades reciban igual número de frie-

2.47 ciones. Los imanes fijos impiden la recomposicion de los fluidos en los elementos que se encuentran fuera de los puntos tocados, y por su influencia, favorecen así la descorriposicion del fluido neutro. Este método es más eficaz que el anterior, pero tiene el inconveniente de producir una imantacion no muy regular, y á veces puntos consecuentes. Coulomb halla la línea neutra algunos milímetros más aproximada al último extremo que se toca. CONTACTO SEPARADO Ó DE DUHAMEL.- En este sistema se dispone todo como eri el método de JEpinus, con la .sola diferencia que los imanes móviles C y D (fig. 33), ~inclinados de 25 á 30 grados, no están separados por la madera. Se les aparta luego uno de otro pasándoles separadamente por cada mitad del barrote que se imanta, y al llegará los extremos, se les vuelve al centro, sin roce, para pasarles de nuevo, y así consecutivamente. En los ensayos que Duhamely Antheaume practicaban para descubrir el procedimiento de Knight, emplearon un método especial, que consistía en colocar paralelamente entre sí dos barrotes de acero A B, A' B' (fig. 34) unidos sus extremos por dos barrotes de hierro dulce A A', B B', y operaban las fricciones por medio de dos imanes inclinados a, c, que pasaban del mismo modo que acabamos de e~presar, del centro á los extremos, sin retorno. Así, los magnetismos descompuestos en la barra frotada imantaban temporalmente los barrotes de hierro, y el magnetismo de estos últimos reaccionaba luego para retener al estado de descomposicion los fluidos del barrote A B. El método por contacto separado, no es tan potente como el de JEpinus, pero produce una imantacion más regular, y por esto se le emplea principalmente para las agujas de las brújulas. La aguja que se imanta, apoya en los extremos de los imanes fijos, en una proporcion de 16 á 18 milímetros por parte, si tiene de 8 á 10 centímetros de largo, y de 35 á 40 milímetros, si su longitud es mayor. Si es muy delgada, se la sostiene con reglas de madera. ÜBSERVACIONES.-Los imanes obtenidos por el doble contacto, están sobresaturados muchas veces, es decir, que contienen mayor can-

IMANTAC!ON Y FUERZA

LOS IMANES

FÍSICA INDUSTRIAL

tidad de fluidos separados que la que puede soportar la fuerza coercitiva de por sí, circm1stancia debida á la influencia de los imanes fijos. Al quitar estos imanes, los fluidos en exceso se vuelven á combinar y el iman vuelve á su estado de saturacion. Por lo demás, este efecto no es instantáneo; pues se produce gradualmente, no siendo completo sino al cabo de cierto tiempo, á veces debastante duracion, pues sólo las variaciones de temperatura y los sacudimientos podrán abre viarlo. Para aumentar la fuerza de un barrote no saturado, debe procurarse· no emplear imanes más flojos que los que se hayan empleado para imantar por primera vez; de no ser así, se debilitará la imantacion, puesto que cada vez que se pasan los imanes móviles exi~te recomposicion parcial de los fluidos separados en los elementos magnéticos. Así, se produce luego una nueva descomposicion que restablece y aumenta despues la imantacion que existía antes de la pasada; de mo_do que, si los imanes son muy flojos, no podrán desarrollar tanto magnetismo como el que existía antes de su accion. Generalmente la fuerza que le queda al imanes la que le habrían co- · municado los barrotes, si le hubiesen encontrado en estado neutro. La conmocion molecular producida por las fricciones influye notablemente en la fuerza coercitiva, por lo mismo, deben apoyarse con fuerza los imanes móviles, particularmente si se quiere saturar gruesos barrotes. Si se coloca un pequeño barrote de acero entre los polos opuestos de dos imanes bastante separados para que no sea posible imantarles, bastará frotarle con un cuerpo no magnético para que la fuerza coercitiva ceda y haya imantacion. Además, la fuerza coercitiva sólo cede poco á poco y á cada friccion, cu yo fenómeno estudió Quetelet, observando que las fricciones deben practicarse en toda la superficie del barrote que se imanta para poder obtener el estado de saturacion; en este caso, bastan generalmente doce fricciones por contacto separado. La intensidad magnética i, funcionando con una intensidad máxima I que es la que puede recibir el barrote, al cabo de un número x de fricciones, se obtiene con la

fórmula i=I(1 -o' 36 v.;-).

MODO DE OBTENER PUNTOS CONSECUENTES.;-Para ello deben emplearse, primero, unas varillas muy largas y muy templadas, como por ejemplo, las agujas para hacer calceta. Si se quiere obtener un solo punto consecuente, se ejercen fricciones con el misnio polo de dos imanes, partiendo de cada extremo y deteniéndose en el centro, en cuyo punto se forma un polo contrario al del iman. Para obtener varios puntos consecuentes, se apoya la varilla de acero en los polos alternativamente positivos y negativos de varios imanes perpendiculares á su direccion, ·y se les frota con madera ; cada iman produce un polo contrario á aquel por el cual acciona. lMANTACION POR LA TIERRA.-En 1500 descubrió Gilbert que una barra de hierro convenientemente colocada en direccion del meridiano magnético, se convertía en iman al golpearla por un extremo. A raiz de Ja imantacion sin imanes desc.ubierta por Knight, se creyó que excluía tanto los imanes ·artificiales como los naturales, y se pensó en utilizar Ja influencia de la tierra. Antheaume obtuvo muy buenos resultados colocando dos barras de hierro, una á continuacion de otra, paralelas á la aguja de inclinacion, y por consiguiente, imantadas por _la tierra, pasando longitudinalmente un :barrote de acero por su punto de union, con movimiento lento de ida y vuelta. Marcell colocaba el barrote horizontalmente, en el meridiano magnético, entre dos gruesas barras de hierro y le frotaba con una barra vertical, tambien de hierro. Mitchell y Canton despues, imantaron cuatro hojas por un procedimiento análogo; con éstas imantaron otras, que fueron más fuertes que las cuatro primera~, y que emplearon para aumentar su tuerza magnética. Irnaritando de este modo dichas· hojas unas con otras, obtuvieron imanes muy enérgicos. Scoresby procedía por medio de choques; golpeaba primero -un extremo de una larga · barra de hierro vertical, luego una barra de acero larga de So centímetros, despues ae apoyarla en la barra de hierro. Golpeaba luego unos pequeños barrotes de acero suspendidos al extremo de la gruesa barra antes

IMANTACION Y·

FUERZA DE LOS IMANES

citada, y todos estos barrotes quedaban iman- de igual longitud, la cantidad de magnetismo tados. Seis imanes que preparó por este pro- libre, es sensiblemente proporcional al diácedimiento, los volvió á imantar después su- metro. cesivamente unos con oti:os, por los medios 3. º La duracion. de una oscilacion de un ordinarios. El grado de imantacion puede barrote de seccion rectangular, cuyo ancho aumentar con el número de golpes, p~ro tamsea l, el espesor e, y la longitud 2 L, se obbien puede disminuir si se abusa de ello. tiene con la fórmula Es fácil obtener tambien~imanes torciendo alambres de hierro colocados verticalmente. t=meVT +nL, El temple debido á la torsion, desarrolla fuerza coercitiva, y hace persistente el estado en la cual m y n son constantes que depenmagnético producido por la influencia del den de la naturaleza y del temple del acero. globo. Ligando entre sí varios de estos imaTocante á la forma, observó Coulomb que nes., pero de modo que todos los polos norte las hojas delgadas de acero en forma de romestén en un mismo lado, se obtiene un ima:_1 bo alargado, tienen mayor /uen¡_a directri1, muy poderoso. á igualdad de peso, que las agujas rectangulaLa polaridad de los imanes naturales·, se res de igual espesor, idénticamente templadas, explica por la influencia del magnetismo por ser la seccion media mayor, á igualdad terrestre. El platino natural, particularmente de peso. el de los montes Urales, se imanta á menudo Kupffer, dice, que si se hace terminar en con mucha fuerza, debido al 12 á 20 por 100 cono uno de los extremos de un barrote de de hierro que contiene, y se encuentran á . acero, el polo que se encuentra en él es más veces muestras que presentan varios ejes, débil que el otro y está más separado de_la hasta tres con seis polos. línea neutra, cuyos resultados son tanto más , Para demostrar Dan bree, que la accion del notables, cuanto más afilado es el cono. globo es la que produce esta imantacion·; hizo lNFlUENCIA DEL TEMPLE.-Knight fué el priuna aleacion de hierro y de platino, fundién- mero que observó que el acero templado se doles en un crisol, en forma de canal, colo- imanta con mayor fuerza que el que no lo es. cado á manera de meridiano magnético, y así_ Sobre este particular, ha dejado Coulomb que quedaba hecha la solidificacion, incli- un trabajo muy notable, que publicó Biot y naba paralelamente á la aguja dé inclinacion. cuyos principales resultados son los siguienLa barra permanecia imantada, aunque la tes-: un barrote de acero imantado á saturacantidad de hierro fuese escasa, _puesto que cion despues de· templado á varios grados, de ser ésta mayor, hubiera sido ya magnética dió las cantidades siguientes: la mezcla de por sí, pero observó que no existían polos, á menos que se le aplicasen luego =========~=======~= ✓ Tiempo de to oscilaciones. Temperatura del temple. los procedimientos de imantacion. Fuerza de los imanes.

Grados C'l,tig-radus.

S,gundus .

875

INFLUENCIA DEL VOLÚMEN -.Y DE LA FORMA.975 r,075 La fuerza de los imanes depende de su volú1,187 men, de su forma, de la fuerza coercitiva y de la temperatura. El acero no experimenta modificacion senEn cuanto al volúmen, Coulomb, observó sible de estructura al templarle bajo 870 graque: 1. Los momentos magnéticos de los ima- - dos ; por esto, los resultados magnéticos fuenes de igual substancia y de forma semejante, ron los mismos en todos los grados de temple son á poca diferencia proporcionales á los cu- inferiores á ese límite. Con un barrote de acero tem piado á bos .de las dimensiones homólogas . r, 100 · grados, recocido su sivamente á va2. º Con relacion á las agujas cilíndricas 0

FÍSICA IND.

T. II,-3.2

PiSICA IN-bús'l'RIAl

rios grados é imantado despues, halló Coulomb:

Por lo tanto, si y,, es la intensidad deducida de la fuerza de arranque, se tendrá: Y=P-Y,

T emperatura del recocido ,

G ra dtJs ce11tíg rados.

15 267 512 1,122

Tie mpo rlc

osc ilaciones.

Seg,mdos .

64'5

Para conocer la relacion entre el v.alo¡-_ de A y el de A,, medido al extremo por medio de la boia dy prueba, se observará que, representando ~ el coeficiente de conductibilidad

lineal en una direccion cualquiera alrededor de un punto, la conductibilidad en superfiLa imantacion era, pues, tanto más débil_ cie alrededor de este punto será: 1 : k', y se tendrá: cuanto mayor era el recocido. Durante mucho tiempo se supuso que el k' y, =y máximum de imantacion de un barrote de acero aumentaba siempre con el grado del y, por consiguiente: temple, hasta que Treve y Durassier demostraron no ser así, experimentando en cinco A,k'= A. muestras de acero del Creuzot, que contenían De los experimentos de J:1min resulta que, de 0'25 á 0'95 de carbono, templadas á varios grados, y de las cuales, las más carbonadas para todas las hojas iguales de un mismo acero, diversamente templadas, las curvas de recibieron la imantacion más fuerte. iqtensidad prolongadas, cambiando el signo Jamin demuestra que los resultados dependen de la forma más ó menos alargada de los de x, se encontrarán en un mismo punto, con imanes. ·Imantó una larga cinta de acero, · relacion al cual, se tendrá: bastante ancha y de I milímetro de espesor y y,= A,k• y x=-2 comprobó por el _procedimiento de la bola, que la intensidad magnética, nula ~n el cen- y conío ya teníamos que A, k' A, se vé tro, vá aumentando á medida que se aproxima que A permanece constante para un mismo á los bordes ; con esto observó que la intensi- acero, y los valores verdaderos de la intensidad son: y == A k - x; mientras que dad ediay, que se presenta á -¼-del ancho, A Y = k• k - x = A k - (x + •l está representada, para una seccion tomada á una distancia x del extremo, por la fórmula: representa los valores dados por · la bol-a ó y= A k-x plan ·de prueba. Asimismo se observó, que: en la cual A es una constante que repres~nta 1. La altura de la eurva verdadera, al exla intensidad al extr,e mo, y per_manece la mistremo del iman, es constante, y que la que ma para un mismo acero, sea el que fuere su estado físico; y k es la relacion de las inten- dá la bola de prueba es A: k', la cual au~ sidades en dos puntos situados á distancia de menta con el temple. $i k disminuye á causa del temple, la 2. I centímetro uno de otro, que disminuye á curva magnética se extiende hácia el centro tnedida que es más recocido el acero. Esta fórmula representa las intensidades del iman, que deberá ser tanto - más largo verdaderas, es decir, que supone una-conduc- cuanto má~ recocido, si ·se quiete que contibilidad, magnética igual á I, y ya hemos serve todo el magnetismo de que es capaz .. 3.º La cantidad total M del magnetismo visto que, en el método de la bola, la accion es compleja•y depende del espacio por donde verdadero, representado por la fórmula : se extiende la influencia del hierro en conI tacto; espacio tanto mayor, cuanto mayor sea M=A. Tli: tambien la conductibilidad magnética. 9.3

IMANTACION

Y FUERZA

aumenta con el recocido, y la cantidad medida por arranques aumenta más aún, puesto que está representada por M,

I A k' . lk.

4. Para que sea megapolar un iman, deberá ser tanto más largo cuanto más recocido sea. 5. Para conocer la influencia de la ñaturaleza y del temple del acero, no basta operar en varillas iguales, por cuanto podrían ser mega polares las unas y braquipolares las otras y ya no seria posible compararlas, lo cual explica ciertas anomalias encontradas por Cou-lom b, que observó que las agujas delgadas templadas al blanco no conservaban magnetismo hasta que se las recocía enteramente. HACES MAGNÉTICOS.-Los imanes pequeños son, con relacion al peso, más poderosos que los grandes. Además, es muy difícil templar estos últimos sin deformarles, y poderles imantar bien á saturacion. Por esto Knight, reune varios imanes, formando haces magnéticos con ellos, haces que Coulomb ha estudiado detenidamente, estableciendo, al propio tiempo, reglas para construirlos. En primer lugar halló Coulomb que lapotencia de un haz no es proporcional al número de ~ojas que le componen, por reaccionar los barrotes unos sobre otros y alterarse mútuamente su estado de imantacion. Para disminuir este efecto, les dá longitudes distintas, disponiendo así sus extremos escalonados del centro al exterior. La figura 3 5 representa de frente y de lado, unos de estos haces, formado por tres capas, de las cuales las hojas del centro sobresalen de las demás. Estas hojas no están en contacto y sus extremos se introducen en unos macizos de hierro dulce ó piq_as polares, a, a', imantadas por influencia, y constituyendo un esparcimiento de las regiones polares de las hojas, que así forman un polo único situado cerca _de su extremo. El magnetismo desarrollado en estos macizos de hierro reacciona sobre el de las hojas imantadas, y les conserva su estado de imantacion. A pesar de esta accion conservatriz, algunas de las hojas interiores pierden á veces casi toda su imantacion y hasta se invierten sus polos.· 0

DE LOS IMANES

Scoresby separaba las hojas unas de otras y daba así mucha mayor fuerza á los haces que á un barrote único de dimensiones y de masa equivalentes. Si, pues, las agujas de las brújulas se forman con hojas delgadas sobrepuestas que tengan igual peso, se obtendrá mucha mayor fuerza directriz que con una aguja simple. Pero téngase en cuenta que ef aumento de fuerza que se adquiere con el número de hojas, disminuye á medida que aumenta excesivamente este número y con tanta menos rapidez cuanto más separadas y . mejor templadas estén.' Por ejemplo, un haz de 196 hojas de 40 centÍIT?,etros d~ largo, es 6 veces más fuerte, con relacion al ordinario temple del acero, si éste es el mayor que pue. da soportar. Por medio de los haces de Coulomb, imantados por el método del doble contacto (figura 32) es como se forman los imanes más poderosos. Se cita uno que sólo pesaba 18' 5 kilos que soportaba un peso de 223 kilos, construido por Keil, imantando unas hojas con otras. DISTRlBUCION DEL MAGNETISMO EN LOS HACES. -Observa Jamin que las desigualdades en el estado magnético de las varias hojas de un haz que se desmonte, no se notan jamás cuando, tomadas estas hojas de una misma plancha de acero, su composicion y su temple son idénticos. Entonces, todas las hojas separadas conservan la misma cantidad m' de magnetismo, distribuido del mismo mod0. Si se sobreponen luego estas hojas no saturadas formando con ellas haces de 2, 3, ..... 8 hojas, se encuentra que: La totalidad M de magnetismo del haz 1. º es- igual á la suma de los magnetismos de cada hoja, que conservan su magnetismo m', y se tiene: M = n m'. Las dos curvas magnéticas se elevan 2. º cuando el número n de hojas aumenta y estas curvas avanzan hácia el centro del haz. De esto se deduce que las filas de elementos persistentes en cada una de las hojas conservan su sitio respectivo en cada seccion media, mientras que, en vez de detenerse sus extremos en las superficies que están en contacto, se prolongan por influencia hasta las superficies exteriores del haz, en donde terminan sus polos elementales. El haz queda así imantado en todo su grueso, lo cual explica su su-

FÍSICA 11' DUSTRIAL

perioridad sobre un barrote de una sola pieza. Las hojas que empleabaJamin tenian I metro de largo, un ancho a, de 5 centímetros. y un espesor, e, de 1, 2, 3 ó 4 milímetros. Las intensidades media~-Y, y., sobre los planos y sobre las secciones, las midió del extremo al centro de una hoja aislada, así como tambien la intensidad y, en su seccion extrema, con lo cual pudo representar ei magnetismo M ~. por la fórmula:

magnetismo n y dicha m' individualmente en cada hoja, tendremos:

+ p.

:e )= n~

y '( 1 + p. : }

de donde

~~y = ~ y [ I -

( n - I) p. :

atendiendo á los dos primeros términos de la division algebráica. Supongamos ahora que se imantan separadamente las hojas á saturacion y que se forme un haz con ellas; al instante perderán su magnetismo y volverán al valor m'. Esto se El experimento demostró que, en general, debe á que cada una de ellas era megapolar y, y é y, están en relacion constante, de suerte al sobreponerlas en cantidad . creciente, las que y, =p.y, en cuya igualdad p. era á poca curvas se aproximan, dominando unas sobre diferencia igual á 1'2. Despreciando el último otras y convierten el haz en braquipolar, detérmino, se tiene: bido á que, á medida que 1a seccion media aumenta proporcionalmente al número de hojas, la superficie polar aumenta tan sólo m'= · ~ = ~y(1+p.: ). como el espesor n e. Por lo tanto, si se separan las hojas, se ~as encontrará saturadas, En un haz formado por n hojas, los polos · siempre que .no sean en gran número; luego, elementales que rebosan la superficie de los su magnetismo m' irá disminuyendo á medida planos de los haces, dan intensidades Y, y .la ql!e su número n aumente. suma total del magnetismo será: El magnetismo de los _planos-del haz ~ Y aumentará tan sólo hasta cierto valor del número n de hojas; el aumento de espesor es el único que debe determinar el aum-ento del magnetismo del haz. y como ésta es igual á n veces el magnetismo El magnetismo conservado por cada hója m' de cada hoja, resulta que coasiderando el es así:

Si~ Y no aumenta más, por haber el número n de hojas alcanzado su límite, y si se añaden aún más hojas, el magnetismo m' .irá disminuyendo en todas, por disminuir el primer término cuando n aumenta. Se vé, pues, que la fuerza de un haz, que· al principio es proporcional al número de hojas, crece luego cada vez menos á medida que se van añadiendo otras, pero hasta cierto · límite, más allá del cual seria inútil sobreponer más hojas.

Los resultados cambian cuando las hojas están saturadas por materias no magnéticas. Si están saturadas antes, cada una de ellas pierde tnenos que cuando se tocan unas con otras. El magnetismo total exterior observado en los planos y en las secciones, disminuye mucho, permaneciendo cierta cantidad de él entre las hojas, de suerte que el magnetismo total del h::iz es mucho mayor que si las hojas están en contacto, existiendo una parte én el exterior y otra en los intérvalos; el magne- .

IMANTACION

FUERZA DE LOS IMANES

tismo total es ·tanto más fuerte, cuanto mayores son los intérvalos; desde luego es ventajoso separar las hojas. ARMADURAs.-La fuerza de los imanes es susceptible de alterarse con el tiempo, ya por choques accidentales, ya por las variaciones de temperatura, ya, en fin, por ia accion del globo. Para conservarles su fuerza, Knight los reune por pares en una misma caja, colocándolos paralelamente á cierta distancia uno de otro, de modo que los polos opuestos se encuentren en un mismo lado (fig. 36). A los extremos aplica unos barrotes de hierro dulce c, c', lla¡nados contactos ó armaduras . El fluido neutro de estos contactos se decompone, como está indicado en la figura con los signos+ y - , y los fluidos que se encuentran, en el hierro y en los imanes, impiden, atrayéndose, la recomposicion en estos últimos. Los dos imanes están separados por una regla de madera a a. · Por medio de las armaduras, es fácil disponer los pares de. barrotes de tal modo que ac~ionen dos de sus polos al mismo tiempo (figura 37). Un contacto de hierro dulce f f está mantenido en los polos superiores de los dos ~arrates por medio de espigas de cobre t, t. La otra armadura de hierro dulce p p llamada portante, retenida por accion magnética, sirve para suspender la carga. Dispuestos en esta forma los imanes, pueden tener una fuerza portátil muy superior al doble de la que soportaria cada barrote por uno de sus polos. Bajo la accion reunida de los dos polos, se verifica ~n el portante una descomposicion magnética que reacciona luego para aumentar la potencia de los polos. Bazin curvó un solo barrote imantado dándole la forma de herradura para que ambos polos obrasen sobre un mismo portante. La figura 38 representa un iman dispuesto de este modo, compuesto de varias hojas sobrepuestas en haz. Los extremos polares se llaman los piés y la parte curva, el talon del iman. Estos barrotes curvos se imantan como los rec_tos, colocando los dos imanes fijos en la prolongacio11: de los brazos de la herradura, y pasando, ó mejor dicho, rozando los imanes móviles por las caras, en sentido de _la curvatura. Los imanes de herradura pueden soportar

mucho más•del doble de la carga que soportaría uno solo de sus polos: Se ha observado que la forma y la masa de los contactos y de los portantes ejercen una gran _influencia en su eficacia; como sobre este particular sólo se tenian nociones empíricas y vagas, se recurrió al tanteo para dará esJos imanes las proporciones más convenien-· tes. Se creía obtener mayor efecto redondeando los extremos de los portantes y dando una forma cilíndrica á la superficie de con.:.. tacto. Los experimentos de Monee!- y de Jamin han desvanecido muchas dudas sobre este particular. 1'1oVIMIENTOS MAGNÉTICOS EN LAS ARMADURAS.-Hemos visto anteriormente que uua pieza de hierro dulce presentada á distancia á uno de los polos de un iman, desarrolla una imantacion inversa en él, mientras que, existiendo contacto, el hierro presenta un solo magnetismo, que es de igual nombre que el del polo del iman, de modo que este hierro no hace más que prolongarle. Esto es lo que probó Moncel observando el espectro magnético, cuyas deformaciones alrededor de los extremos iba siguiendo con un iman y un barrote de hierro colocados obedeciendo á' varias condiciones. Probó igualmente que entre el polo y el hierro que están en conta.cto, existe una accion que oculta en gran parte las polaridades magnéticas opuestas y las conserva aún despues que ha cesado la fuerza imantante. De los varios efectos que se producen cuando el líierro está en contacto con el iman ó está separado, deduce Jamin que debe existir una distancia para la cual la imantacion del hierro sea nula antes de cambiar de sentido, concluyendo de ello lo siguiente:_ Al apro_x imar poco á poco un cilindro de hierro dulce al polo austral de un iman, por ejemplo, el fluido atraído por el hierro forma un polo contrario, cada vez más concentrado en el extremo más próximo al iman; mientras q ue la línea neutra del hierro avanza, y el mag netismo repelido se vá extendiendo tambien cada vez más por la parte opuesta . La línea neutra acaba por alcanzar el extremo interno del cilindro tle hierro , el que mira al iman , y desaparece completamente todo el magnetismo· de la superficie exterior, y de la cara interna ,

2 54

FÍSICA INDUSTRIAL

tanto, que un pedazo de hierro que allí se aplique no experimenta accion alguna, por neutralizarse los efectos de los fluidos del iman y del hierro. Si se le aproxima aún más, el hierro toma por todas partes fluido austral, los dos fluidos contrarios se encuentran entre las dos superficies que están de frente, y sólo ejercen accion exterior dos zonas contiguas de un mismo iman, aparentando una prolongacion de este á través del espacio intermediario, hasta el interior del hierro dulce. Al propio tiempo, el contacto reacciona sobre el magnetismo del iman y modifica su distribucion, llamando primero el magnetismo hácia su extremo, en donde la curva de las .intensidades se vá cerrando; luego, las ordenadas disminuyen todas, por tender el magnetismo á acumularse en la cara interna; y al existir contacto, son casi nulas cerca de las superficies de union, en cuyos lados la intensidad dad.a por la bola d~ prueba es la misma. Sin embargo, estas superficies adhieren con fuerza, lo cual 'indica que poseen mucho magnetismo oculto ó disimulado, es decir, q1;1e no producen efecto exterior, por neutralizarse los magnetismos contrarios de las dos superficies. En el acero, el magnetismo exterior vuelve á encontrarse á cierta distancia, y la armadura no obra de tan lejos; pero se le puede llevar al extremo, pasando un pedazo de hierro ·dulce del centro al polo, con lo cual se manifiesta el magnetismo en la superficie de contacto y aumenta su adherencia. Este efecto se produce tambien, casi espontáneamente, bajo la influencia de la armadura; así puede el iman, al cabo de algunos dias, soportar una carga superior al doble de la que soportaba antes; fenómeno que ya se conocia anteriormente, pero que aun no había recibido cumplida explicacion. Por lo demás, si se quita el contacto, queda inmediatamente reducido el iman á su fuerza primitiva, y queda á veces más debilitado, lo cual se explica por la conmocion molecular y magnética producida por el arranque brusco de la armadura. Supongamos ahora que, á los dos polos de un iman de herradura, se aproxime, paralelamente á ellos, un portante, que constantemente se mantenga á distancias iguales de dichos dos polos. En este portante se forman

primero polos opuestos á los del iman, con una línea neutra en su centro; á cierta distancia no dá ninguna señal exterior de mag- · netismo; luego presenta en cada uno de sus extremos el magnetismo del polo que tiene enfrente, y al propio tiempo, debido al magnetismo disimulado, existe una fuerza portátil considerable, que aumenta pcfco á poco, debido á la reaccion del portante sobre el iman, pero que baja súbitamente, al quitar con violencia este portante. Si se trata de una armadura aplicada á un solo polo, la cantidad total de magnetismo exterior no cambia, puesto que lo que pierde el . iman lo gana el hierro. Para el caso de los dos polos, existe pérdida, por reunir la armadura los dos extremos de las filas elementales, formando así imanes cerrados, sin polos aparentes. IMANES DE HOJAS SOBREPUESTAS.-Jamin aplica los resultados de sus investigaciones sobre el magnetismo, á la construccion de imanes de herradura de gran potencia portátil. Hé aquí como·construye estos imanes, llamados imanes de hojas. Dos armaduras de hierro dulce a, b (fig. 39), fijas sólidamente á cierta distancia unn de otra, por medio de bridas ó tirantes de cobre, tienen en la parte inferior superficies polares muy planas, á las cuales se aplica el portante t. Estas armaduras se adelgazan por su parte superior, de fuera adentro, y terminan en un borde afilado. Están unidas por arriba por una hoja de · acero curvada sujeta con tornillos á su superficie exterior. Hay además otras hojas,. debidamente imantadas, que se colocan unas despues de otras interiormente á la primera y se aplican á ella por elasticidad. Sus longitudes están calculadas de modo que sus extremos apoyen bien en las armaduras. J;.,a fuerza portátil depende de un cúmulo de circuqstancias, entre otras, de la masa del portante. Si esta masa es demasiado pequeña, en el portante se forman polos opuestos á los del iman. Si vá aumentando cada vez más su masa, el magnetismo exterior disminuye y aumenta la fuerza portátil. Por ejemplo, un iman que soporte 247 kilos, podrá sostener 305, si se aplican hojas de hierro á las caras del portante. Si la masa del portante es tal que el magnetismo exterior desaparezca, se

IMAN'i' ACION Y

FUERZA

obtendrá el máximo de fuerza portátil, por emplearse todo el magnetismo del iman en producirla. Con una masa mayor, disminuye la ·tuerza. Es indispensable, tambi~n, que las caras de adherencia no sean ni muy grandes ni muy pequeñas, y por último, el número de hojas tiene tambien su límite, del cual seria inútil _ pasar, pues no se aurnentaria el efecto. Hé aquí algunos resultados obtenidos con un iman; cuyas hojas tenian 1'20 metros de largo. ~úínero de hoja•.

Fuerza portátil.

Kilos.

30 40 45 50

1 75 316

460 558 600

6,80 55 La fig. 40 representa uno de los imanes más poderosos que se han construido hasta hoy dia, el cual soporta poco menos de ro veces su peso. La palanca L y el peso P que se mueve progresivamente por medio de una pequeña cabria, sirven para producir el arranque. El número de hojas de estos imanes debe calcularse de modo que se reduzcan al mínimo y sensiblemente á cero el magnetismo li-, bre, de suerte que una hoja más que se añada lo haga aparecer. Para producir el arranque por contacto con un iman bien construido, se necesita una fuerza extraordinariamente considerable; mas si se sustituye luego el contacto, se le arranca con una fuerza mucho menor, que es la que mide lo que puede llamarse la fuerza portátil permanente del iman. Esta puede alcanzar 25 kilos con un iman de 500 gramos de peso. Si se aumentan las dimensiones del iman, la relacion entre la 'fuerza portátil y el peso disminuye. Un iman estando formado por 50 hojas de 0'11m de ancho por 0'022 de grueso soporta 500 kilógramos y pesa· un poco más de 50. _ La fig. 4 c representa otro .iman Jamin que consta de varias hojas rectangulares, cuyos polos apoyan en dos armadura$ gruesas de hierro dulce. El cont~cto lo forma una barra prismática de hierro dulce. 01

DE . LÓS IMANES

~55

Estos imanes están formados, no por los antiguos procedimientos magnéticos, sino por el" procedimiento eléctrico descubierto por A_rago, de que trataremos más adelante·, procedimiento infinitamente superior, bajo el punto de vista de la ra_p~dez, regularidad é intensidad de imantacion; !MANES NATURALES _ARMADOS.-Los imanes naturales son generalmente muy débiles, pero se les puede aumentar extraordinariamente su fuerza por medio de armaduras convenientemente dispuestas. La figura 42 representa un iman natural armado. Se busca primeramente la posicion de los polos de la piedra iman A, se labran en ellos dos caras paralelas, sobre las,. cuales se aplican, tan exactamente como sea posible, dos placas de hierro muy dulce, que las cubran enteramente. Estas placas, fijas con hojas de cobre, llamadas alas ó brar_os de la armadura, están terminadas por masas a, a' ó pies, que s~ prolongan por abajo y _apoyan exactamente en la cara inferior del iman, y á ·ellas se aplica el portante e e'. El fluido neutro del ala se 1 descompone por la accion del polo de la piedra-iman que se encuentra en este lado; atráido ei fluido, reacciona sobre el del iman, y aumenta su fuerza. Además, el magnetismo re cibe mucha mejor direccion y facilita el poder utilizar los dos polos á la vez; de este modo el iman podrá sostener hasta 200 veces la carga que podia soportar antes de estar armado. Estos resultados se obtienen dando las convenientes formas y di,mensiones á las armadut"as; las alas no deben .ser ni muy delgadas ni muy gruesas. Por tanteo es como podrá encontrarse· el espesor que más convenga, pero siempre es ventajoso adelgazadas por la parte superior. Las dimensiones de los piés se obtienen tambien por tanteo; se les adelgaza por abajo, como representa la fig. 42, y todas las partes de la armadura deben trabajarse con la lima y no á martillo, para no templar el hierro dulce. Nollet armaba los imanes artificial es como los imanes naturales, comunicándoles así mucha fuerza. La fig. 43 representa un iman armado de este modo. ollet ita uno que sostenía seis veces más peso que el que po:. dia soportar uno de sus polos antes de estar _ armado.

FÍSICA INDUSTRIAL INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA ,EN LOS IMA-

NES.-Calentando los imanes se disminuye su potencia, ya de un modo permanente ó ya por cierto tiempo. Gilbert observa que un iman llevado al rojo, pierde su imantacion, por ceder la fuerza coercitiva bajo la accion del calórico. Faye dispuso el hierro puro en forma de capa cristalina sobre una placa d~ cobre, por un procedimiento eléctrico, imantó esta capa de hierro y vió que conservaba su imantacion, al caior rojo. JEpinus, obtenia imanes muy fuertes, enrojeciendo los barrotes y colocándoles entre los polos opuestos de dos poderosos imanes; les dejaba enfriar en esta posicion y observó que la imantaciorr producida, no existiendo fuerza, coercitiva, persistia .despues del enfriamiento. Hammann templaba los barrotes mientras estaban sometidos á la accion de los imanes destinados á imantarles. Un barrote templado en posicion vertical, conserva tambien la ima'ntacion producida por la tierra. Ya hemos visto al tratar de esto, las particularidades que presenta el platino ligado con el hierro, cuando se le enrojece. Temperaturas. Grados centígrntfos.

15 50 100

Tiempo de la oscitacion. Segundos.

93 97'5 104

264

147

42 5 637

215

850

290

muy grande.

Kupffer operaba á temperaturas elevadas, colocando el iman encima de una aguja, y observaba las oscilaciones bajo la influencia de la tierra y del iman llevado á distintas temperaturas. Así observó que el calor no obra instantáneamente y necesita un tiempo suficientemente largo para producir todo su efecto. Para demostrarlo, sumergió un iman varias veces en agua hirviente, dejándole cada vez allí durante 1ó minutos, y observó , que á cada inmersion se iba debilitando la fuerza magnética ; á partir de la sexta inmersion ya no variaba más esta fuerza. El mismo Kupffer estudió tambien el efec-

to producido por el calentamiento de una sola mitad del iman, para lo cual lo colocó paralelamente al lado de una agµja, y vió que esta permanencia en el meridiano magnético sólo cuando su centro y el del iman se encontraban en frente uno de otro. Debilitando luego, por el calor, una de las mitades del iman, su línea neutra se acercaba al polo opuesto y se desviaba la aguja obedeciendo á la accion de este último polo·, y tanto rriás cuanto mayor era el calentamiento. · Observando, por último, Kupffer, por el método de Coulomb, la distribucion del magnetismo en sentido de la longitud en u.na aguja cilíndrica, reconoció que el calor hace disminuir la fuerza magnética de un modo más acentuado cerca de los extremos que hácia_el centro. Christie comprobó que la mayor parte del cambio de intensidad por el calor se verifica instantáneamente; lo cual se explica poi la acumulacion de la potencia magnética cerca de la superficie. Observó tambien que la fuerza magnética del hierro dulce aumenta con la temperatura, en vez de disminuir como en el acero. Dufour ha estudiado la disminucion de intensidad de los imanes, hasta 260 grados, por el mismo método que Kupffer. Introducía el barrote imantado en un recipiente lleno de aceite, cuya tapa estaba separada de la aguja oscilante por una doble pantalla llena de algodon en rama, que la preservaba del calor del recipiente. Tomando la intensidad F de la tierra por unidad, la del barrote será:

m=F (n -N 1

1 ):

en cuya fórmula N y n representan el número de oscilaciones de la aguja durante el mismo tiempo, bajo la influencia del globo y del barrote. Con esto, Dufour representa la fuerza del iman con la fórmula

m=a-bt -ct' hasta t = 100 grados; más allá de cuyo límite la fuerza disminuye con más rapidez que la indicada por esta fórmula. La disminucion depende tambien del barrote, y es tanto menos pronunciada cuanto más templado esté. Buscando Dufour la temperatura mínima á

IMANTACION-

FUERZA DE LOS IMANES

que pierde· él barrote toda su imantacion, encuentra_que, despues de llevad:o al rojo cereza vivo, presenta aún. señales de mag netismo despue? del enfriamiento; pero podria suceder que esta débl imantacion se estableciese durante el enfriamiento, como se verifica en los ex~erimentos que vamos á exponer. VARIACIONES PASAJERAS PRODUCIDAS POR EL CALOR.-Cuando la temperatura varía poco, modifica la fuerza de los imanes de un modo pasajero_. Saussure estudió este fenómeno por -medio de un instrumento que denominó magnet6metro, ño tan exacto como la balanza de torsion, y que consistía en un péndulo magnético, con el cual medía las desviaciones producidas por el iman que estudiaba. • Mono DE REFERIR LOS RESULTADOS A UNA MISMA TEMPERATURA.-Las variaciones pasajeras de la fuerzl:! de los imanes por la accion del calor tienen mucha importancia en las investigaciones sobre el magnetismo del globo. Kupffer hacia oscilar agujas imantaJas bajo la influencia de la tierra, á diferentes temperaturas, y observó que, de-1 grado á+ 37' 5 grados, el calor hace disminuir el número de os-. cilaciones proporcionalmente á los aumentos de temperatura; es decir, que cada grado de más, disminuye de igual cantidad el número de oscilaciones, ó aumenta de igual cantidad la duracion de una oscilacion. Por ejemplo, la dura-c ion de 800 ondulacio nes de una aguja cilíndrica de 59 milímetros de largo, se aumentó de 0 '4 segundos por grado. De esto resulta que, si llamamos n 0 y U1 el número de oscilaciones á o y á ~ grados, durante el mismo tiempo, y e una constante que dependa del iman considerado, el m'.tmero de oscilaciones, al pasar de o á t grados, se disminuirá de e n 0 t y se tendrá:

•

0 (

r - e t),

fórmula que dá el númeró de oscilaciones á o grados, cuando se conoce el número n, de oscilaciones á t grados. Esto supone que el estado magnético de la aguja no se ha modificado de un modo permanente por el calor. Gauss, Weber y Goldsmith, han hecho tambien experimentos cori el mismo objeto, buscando las desviaciones imprimidas por el iman, á distintas temperaturas, á una aguja ·imantada muy móvil dispuesta como la de los FÍSICA IND.

'257

magnet6metros (fig. 66), de que ya ·hablaremos. Si, por ejemplo, un iman produce tina desviacion de N divisiones sobre la escala del instrumento, y, al enfriarle de t grados, esta desviacion se convierte en N + n, el aumentó de fuerza x producido en el iman, cuya fuerza era antes/, se obtendrá con la proporcion

N:n=f:x de donde

x=/n: N,

y el aumento de fuerza para t grados será sólo fn : N t. De esto se deduce, que: r .º El calor afecta con más fuerza á los imanes flojos que á los imanes poderosos; 2. Los cambios de intensidad no siguen las mismas leyes en el enfriamiento que en el calentamiento; 3. Estos cambios no se producen instantáneamente; al principio son rápidos y continúan despues cada vez más lentamente, mucho tiempo despues ae modificada la temperatura. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL MOMENTO DE LA IMANTACION.-Los experimentos hechos sobre los cambios pasajeros de intensidad de los imanes bajo la influencia del calor, presentan á veces ciertas anomalias, que ha explicado Dufour, considerando la temperatura bajo la cual se ha imantado ~1 barrote. Dufour dice, y lo confirma Wiedmann, que el enfriamiento á una temperatura más baja que aquella á que se ha hecho la imantacion, debilita los imanes, lo mismo que el calentamiento sobre esta misma temperatura. Por ejemplo, imantado el barrote. á 55 grados, y llevado_despues á cero las intensidades magnéticas, tomando la de la tierra como unidad, fuéronestasde 1 ' 228y 1'208 . Un barrote imantado á 6 ú 8 grados, dió, á 4 y á - 25 grados, las intensidades 5'0S y 4' 90. La temperatura de imantacion corresponde, pues, á un máximo de intensidad, á partir del cual hay siempre p2rdida, sea cual fuere el sentido en q ue cambie la temperatura. El enfriamiento alte ra menos la intensidad que el calentamiento, y de ello resulta que el - coeficiente de unas 0

T. II. -JJ

FÍSiéA tNDÚSTRIAL

fórmula de correccion para las temperatu- que dicha imantacion se ha hecho. Si, por ras superiqres al punto de imantaci'on, no se ejemplo, ésta ha tenido lugar á 55 gi:ados, las adapta absolutamente á las temperaturas infe- variaciones de intensidad para 1 grado sólo son de 0'000,066, completamente insensibles 'riores. · Otro de los hechos importantes, compro- hasta 20 y 30 grados. Sin embargo, se obserbado por Dufour, es que las oscilaciones de vará que, segun los experimentos de Wiedla temperatura sobre el punto de imantacion mano, las frecuentes variaciones de temperaván seguidas de una disminucion de fuerza tura que se resuelvan debajo del punto de permanente del barrote, rápida al principio, imantacion, darán al barrote la propiedad de muy débil despues, sin que llegue jamás á ser debilitarse por el calentamiento, como si hunula. Cuando se opei•a debajo de la tempera- biese bajado el punto de imantacion. que á una aguja . que De todo esto resulta tura de imantacion, el iman llega pronta\ mente á su estado estable, y es desde enton- deba transportarse á varios climas, sé la déuna temperatura superio~ á ces constante la intensidad para una misma berá imantar ,temperatura. Además, el iman parece ser inla que deba experimentar, y además hacerle sensible á las variaciones de temperatura in- variar de 20 á 30 veces su temperatura entre • de imantacion y la temperatura más feriares al punto de imantacion, y tanto más, [ el punto .c uanto más alta haya siclo · 1a temperatura á baja que deba soportar.

CAPÍTULO V

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

Precauciones que deben tomarse en los observatorios magnéticos.

estudio del magnetismo terrestre, independientemente de su importancia para la navegacion·, á causa del empleo de la brújula, ofrece un interés científic;o tanto más importante cuanto que se trata de un fenómeno con el cual se relaciona toda la superficie del globo. Este estudio se reduce á la observacion de tres términos, que ya hemos indicado: la declinacion de la aguja imantada, su inclinacion y la intensidad del magnetismo terrestre. Varios son los navegantes que han aprovechado el paso por los distintos mares y la permanencia en las costas de los varios países, para determinar el valor de estos tres términos. Una .vez obtenido un número considerable de resultados en todas las partes del mundo, se han trazado en· los globos terrestres esas líneas que pasan por todos los puntos en donde la declinacion, la inclinacion ó la intensidad presentan el mismo valor en · una misma época. Reproducidas luego esas líneas en los mapas ó cartas, permiten comparar los resultados en una época dada y abarcar, con un solo golpe de vista, todo el conjunto. La mayor parte de las observaciones se han L

hecho á bordo de los buques, pero como las masas de hierro que contienen ocasionan errores, deben éstos necesariamente corregirse, y de ello vamos á tratar ahora. Influencia del hierro de los buques en la aguja imantada.- El hierro que contienen los buques obra de tres modos dist_intos sobre la aguja imantada: 1. º Como hierro dulce obra en los polos de la aguja. 2. º Como iman permanente, puesto que el hierro trabajado no está enteramente desprovisto de fuerza coercitiva. 3 .º Como formando, bajo la influencfa. del globo, un iman temporal, en el cual la posicion de los polos depende de -la orientacion del buque. El primer· efecto es insignificante y se le puede evitar atetando cuanto se pueda las piezas de hierro de la ag uja imantada. El segundo no ejerce tampoco g ran influencia; si fuese solo y no variase, se le podría conocer haciendo girar el buque y tomando la medid¡1 de las posiciones extremas que tome la ag uja con relacion.al meridiano, puesto que entonces las varias acciones ejercidas por las piezas imantadas del buque, dan un doble resultado que se combina con el de la tierra . El tercer efecto es el más im portante, puesto que se relaciona precisamente con el cam bio de lati-

FÍSICA INDUSTRIAL

tud, juntamente con la direccion y la intensidad de la accion magnética terrestre. Antiguamente en las indicaciones de las brújulas no se tenían en cuenta los errores, motivados por el hierro de los buques, por la poca sensibilidad de los instrument.os y por ser en poca cantidad el hierro que entraba en su construccion. Pero hoy que los depósitos de agua son de plancha, que se emplean cañones de hierro, grandes áncoras, y en mayor número, cadenas en vez de cables y otros varios objetos, todos de hierro, los errores en los buques pueden .alcanzar de 15 á 20 grados. Sin embargo, desde 1666, "ya el hidrógrafo De0ys observó que dos brújulas colocadas en dos puntos distintos de un buque daban indicaciones distintas. Método de Duperrey.-Antes de emprender Duperrey su viaje de circunvalacion y en vista de las observaciones magnéticas, suprimió los cañones de popa y rodeó á 3 ó 4 metros de distancia con planchas de cobre el espacio del rededor de la brújula, con lo cual' los errores producidos fueron insignificantes, como lo comprobó haciendo girar la corbeta sobre sí misma, cerca del Ecuador, con mar tranquila, y la mayor diferencia entre los ángulos formados por la aguja de- declinacion y el plano vertical que pasaba por el .sol poniente, fué.tan sólo de 1'25 grados, cuando el buque se encontraba en direccion del O. N.O. al E. S.E . En las islas Maloninas fué sólo de 2 5 minutos á los 51 grados de latitud austral. La -inclt'nacion se alteró tambien muy poco: en 17 estaciones del Ecuador, á la latitud austral de 43 grados, la mayor diferencia entre Ja inclinacion á bordo y la inclinacion en la costa fué de 42 '4 ~inutos eH Payta. Se ha observado que las diferencias son mayores, á igualdad de latitud, al norte del Ecuador magnético que al sud. Además, la inclinacion es, generalmente, menor á bordo que en tierra, en el hemisferio austral, opuestamente á la que se verifica en el hemisferio boreal. Método de Barlow.-Despues de muchas investigaciones consiguió evaluar Barlow directamente los efectos del hierro de !os bu·ques sobre la brújula . Principió por estudiar la accion ejercida en una pequeña aguja imantada, por balas de hierro colocadas en varias . posiciones, pero á la misma distancia, y ob-

servó que estas balas presentaban dos polos situados en un diámetro paralelo á la direccion de la fuerza magnética de la tierra. La aguja no recibió ninguna influencia a! encontrarse su punto de suspension en el plano de la línea neutra de la bala de hi,erro, ó en el meridiano magnético que pasa por su centro, lo cual es fácil de explicar si se supone que la aguja esté suficientemente apartada de la bala para que la accion magnética de ésta forme un par. Placa de correccion.-Desde entonces, reconoció Barlciw que la ~accion del hierro de los buques -proviene de la polaridad magnética que le comunica la tierra, y que el efecto resultante es el mismo que el de un iman, cuyo eje se encontrase en el meridiano magnético y cambiase, con relacion 'al eje del buque, juntamente con la posicion de éste .' Entonces le ocurrió la idea de producir los mismos efectos por medio de una masa de hierro convenientemente situada que, experimentando ·1as mismas modificaciones magnéticas en los cambios de latitud, conservase siempre la misma posicion para producir estos mismos efectos. A esta masa de hierro la llamó compensador magnético ó placa de correccíon. La placa de correccion se compone de dos discos de hierro c, c' (fig. 44) de .unos 30 centímetros de diámetro, separados por una plancha de madera y atravesados, por su Gentro, por una espiga de cobre t de 4 centímetros de diámetro. Las dos placas están comprimidas entre ~í por medio de fll;ercas enroscadas en la espiga y por tres pequeños tornillos situados cerca de los bordes. Se principia por anotar las desviaciones producidas por Ja accion del hierro en los . buques segun sus varias posiciones, comparando, como anteriormente, la brújula de á bordo con .la que está situada en la orilla. Se transporta luego la brújt.:!la del buque al lugar que ocupa la otra, colocándola sobre una base de madera (fig. 44) que pueda girar sobre sí misma y tenga practicados varios agujeros. Se busca luego por tanteo en que agujero y que ·profundidad alcanza la espiga de la placa c c' para· que la aguja imantada experimente, al hacer ,girar el zócalo desviaciones iguales á las que experimentaba á bordo. Se mide exactamente la

DISTRIBUCION DEI. MAGNETISMO TERRESTRE

distancia del centro de la placa á la vertical y á la horizontal que pasan por el centro de la aguja. Se, vuelve á colocar la brújula en el buque y se ajusta el compensador al trípode que le soporte, de modo que tenga la misma posicion relativa, como se vé en e t (fig- . 45). Se observa que, sumando la placa su afecto al del hierro del buque, el error será doble; desde luego se le podrá conocer ·siempre haciendo dos observacione~ de declinacion, la una despues de haber quitado la placa y la otra despues de coloca·d a en su si_tio. La diferencia entre los dos resultados será el doble del error que se busca; así, pues, se · torp.ará la mitad, y se la restará de la declinacion observada sin la placa, siempre que ésta aumente la declinacion, y se la suínará en el caso contrario. Por este método; sólo se corrigen los errores de un modo aproximado, puesto que : 1 . º El estado de la placa de correccion ya se modifica de por sí por el hierro del buque y de un mod<? que varía con su · orientaciol}, 2. La fuerza coercitiva que puede existir en las masas de hierro cambia con la temperatura y con el tiempo. 3. º Las diferencias im perceptibles' en ciertos países, pueden ser sensibles en otras latitudes más altas, en donde la influencia que se quiere combatir es m~cho más acentuada; desde luego es muy conveniente graduar la posicion de la placa de correccion al alejarse mucho de los lugares en los cuales se baya graduado antes. 4. El cambio de masas de hierro muy considerables, por ejempló, un árico¡.a que se eche al mar, juntamente con su: cadena, bastan para modificar la correccion . Todas estas faltas de exactitud aumentan extraordinariamente en los buques blindados, en aquellos cuyo casco es de hierro, ó, en fin, en los que llevan máquinas de vapor. · De ahí resulta que, siempre que sea posible, deberá observarse en tierra ó en un bote remolcado á gran distancia del buque, ó, como lo propone Faye, colocar momentáneamente la brújula sobre la plancha de la guindola, que se alinea en la direccion de la marcha del buque y por medio de un mecanismo especial, fijar de lejos la aguja que se haya orientado, á fin de examinar la posicion despues de colocada nuevamente á bordo. 0

Poisson explica por medio del cálculo el efecto del compensador de Barlow, demos- " trando que una masa única de hierro convenientemente situada puede destruir la influen-cia de un número cualquiera de masas ·de hierro distribuidas irregularmente en un buque, sea cual fuere la posicion de este. lnfl.uencia del hierr<J de los buques en los cronómetros.-Los cronómetros que sirven para determinar longitudes, contienen piezas de acero que se imantan y sobre las cuales influye de un modo muy marcado el hierro de que está compuesto el buque, alterando así su marcha, en 10 segundos á · veces por dia. El capitan Buchan fué el primero que observó este fenómeno cuando sµ viaje al polo Norte. Ya.Barlow y Evan indicaron que la. marcha de los instrumentos se aceleraba á veces y otras veces retardaba; Fisher haobtenido siempre la aceleracion colocando masas de hierro cerca del instrumento y, sin embargo, parece ser que existe retardo e·n la mayoria de• los casos. Una bala ·colocada á 54 ú 8I centímetros puede ocasionar un retardo de 4 segundos por día. Los experimentos practicados por Fisber y Frodsham en varias partes aisladas de un cronómetro, han demostr"ado que la causa perturbadora obra en el balancín y su muelle , , puesto que ya no se nota si son de cobre. Para evitar los errores de que se trata, debe alejarse el cronómetro de cualquier masa de hierro, ó colocarle en un soporte provisto de un compensador Barlow. De la declinacion.

BRÚJULAS DE DECUNACION.-Los instn,1mentos destinados á medir la declinacion en los varios puntos de la superficie del globo, se llaman brújulas de declinaci'on . Hay varios modelos de estos aparatos. · La fig. 46, representa la brújula de Lenoir, que se ha empleado durante mucho tiempo ; rjr' es una caja circular de cobre, en- cuyo centro está colocada sobre una punta una aguja horizon~ tal, cuyos extremos r ecorren una escala graduada.· Esta caja está cerrada con un vidrio, para preservar á Ja aguj a de las agitaciones _del aire. La caja r / r' puede girar alrededor de un eje vertical colocado debajo, que se introduce en un tubo sostenido por el pié del

FÍSICA INDUSTRIAL instrumento. Lleva, además, dos verniers opuestos, m, que recorren las divisiones de un círculo horizontal e e', fijo por seis brazos al pié del instrumento. Unas uñas con tornillo de presfon m y un tornillo graduador u permiten dar á la caja r / r la posicion exacta que se desea. Esta caja lleva dos montantes verticales, que sostienen un anteojo con retículo L, móvil alrededor de un árbol horizontal o o' paralelo al círculo e e'. Un nivel de aire n, sostenido por unas piezas que apoyan en dos puntos del árbol o o' iguales y torneados escrupulosamente, sirve para conocer si dicho árbol es perfectamente horizontal. El eje óptico,del anteojo describe entonces, moviéndose sobre el eje o o', un plano vertical que pasa por el centro de la caja r f r' y cuya traza en el plano está indicada por una línea diametral llamada línea de fé, La palanca o' v, fija al extremo del árbol o·o·, lleva un vernier v que recorre las divisiones del cuadrante a, y dá á conocer el ángulo que forma ·el anteojo con el horizonte. La fig. 4n representa la agujas n de la brújula, y S N, su seccion vertical. En el centro de figura tiene un agujero circular por el cual se la puede ajustar exactamente en la chapa e, ó separarla de ella cuando se quiera . La chapa está formada por una ágata rebajada en el centro para recibir la punta del pivote, y está retenida por una platinita de cob~e cuyo borde sobresale, formando así un cilindro vertical exactamente de igual diámetro que el agujero central de la aguja. La palanca e, e (figs. 46 y 47), termina en un anillo que rodea el pivote; dicha palanca asciende cuando se ejerce una presion en el extremo que sale al exterior de la caja r / r', haciendo ascender tambien la chapa, é impidiendo que apoye en la punta del pivote, cuando el instrumento no funciona. Para hacer observaciones con este instrumento, se gradúan los tornillos del soporte, hasta que el nivel n esté horizontal en todas las posiciones de la caja r / r'. Se busca luego el ángulo que forma la aguja con el plano vertical que pasa por una estrella dada. Para ello, se hace girar más la caja hasta que el centro del retículo coincida con el punto de situacion de 1~ estrella, y observando el ángulo que for°ia la líne(l de N cpn Ja aguja, 1

se determina minuciosamente .. Faltará tan sólo hallar luego por los procedimientos astronómicos, el ángulo que torma la vertical d~ la estrella, á la hora en que se observe, con el meridiano geográfico. Este ángulo se añade al primer ángulo observado,- cuando el meridiano se encuentra en el mismo lado de ia aguja que el pl~no vertical de la estrella; en el caso contrario se le resta . En vez de una estrella, se puede tirar la visual á un punto lejano, cuya posicion con relacion al meridiano se haya determinado antes. CAUSAS DE ERROR Y CORRECCION. - MÉTODQ POR INVERSION.-Las indicaciones 'de la-brújula de declinacion no son exactas más que en el -caso en que el eje magnético de la, aguj_a, es decir, la recta que pa~a por sus dos polos, coincide con el eje de figura, ó sea la i::ecta que une sus dos extremos. En general, no siempre se cumple esta condicion, y se corrige el error :que resulta por el método llamado de inversion. Simple~ente colocada la aguja, sin estar fijada en su chapa, ·se quita, se invierte y se vuelve á colocar haciendo entonces una segunda observacion de la declinacion; el término medio de los dos resultados será igual á la declinacion verdadera. Orientamos el diámetro N S con relacion al meridiano astronómico; sean _a b la direcci0n del eje de figura de la aguja y m n la de su eje magnético (fig. 48) . La verdadera declinacion, no medirá ciertamente el arco Na sino el arco N m, que es mayor. Si se invierte la aguja 1 la línea t!l n formará siempre el mismo ángulo con el meridiano NS; pero en esté caso, el extremo norte de la ~guja que se encontraba á la derecha de m n, pasa á la izquierda (fig. 49), de suerte que, la declinacion q~e_ era una parte muy pequeña del arco m n, será excesivamente grande, con relacion al mismo arco. Con el primer experimento result~ :

_ aN=D-am; y con el segundo resulta :

aN=D+am; de donde se deduce : D= aN+aN 2

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

luego la dec1inacion verdadera es la media art'tmética de las declinaciones observadas. Brújula de declinacz'on de Gambey.-En este instrumen.to, mucho más exacto que el anterior, la aguja se sustituye con un pequeño barrote suspendido horizontalmente por un haz de hilos de seda sin torcer. Estos hilos están arrollados _á un pequeño eje e (fig. 50), cuyo soporte gira sobre sí mismo para evitar en lo posible la torsion, y atraviesan una caja de vidrio v, sostenida por la caja BB. Esta caja es móvil alrededor de un eje vertical que sostiene el pié del instrumento, y lleva dos verniers provisto uno de ellos de un tornillo, que recorren las divis_iones de un círc_u lo azimutal fijo c. L' es un anteojo ·cuyo eje ópticq describe un plano vertical cÜando . su eje_ de rotacion es horizontal, lo cual se conoce por medio del nivel colocado encima. El i?J-an es un?- barra de 500 milímetros de longitud, de 15 de ancho y de .3'5 de grueso situado en un doble gancho suspendido de los hilos de seda, de suerte que se le puede hacer girar fácilmente sobre sí mismo. En cada extremo lleva un anillo de cobre con hilos cruzados, representado aparte en A, que se miran por las aberturas l, l. Las otrns dos aberturas t sirven para que pueda cómo·damente el observador fijar los dedos y parar las oscilaciones, existiendo además otras dos debajo por las cua~es se hace pasar la luz que ilumina los hilos. En L se encuentra un anteojo de exploracion. Para observar, se principia por mirar con el anteojo L' á una estrella dada, anotándose la division que corresponde al vernier c. Se sustituye luego el anteojo L' con un microscopio, y se mira por una de las aberturas l el punto de cruce de los hilos situa·d os al extremo del iman, haciendo girar la caja B B basta que este punto coincida con el centro del retículo del l!licroscopio. La cantidad de que gira la caja B B dará el ángulo que forme el eje del iman con la vertical de la estrella. Se hace una segunda observacion -mirando el otro extremo del iman, y se toma la medt'a, para corregir el error que pod1ia resultar de que la línea que pasa por los centros de los anillos de cobre no se encontrase exactamente en el plano vertical que describe el eje óptico· del anteojo. ,

En vez de sustituir el anteojo con un microscopio, se puede aplicar al centro del objetivo ó lente qué se dirige al punto de mira, un segundo lente más pequeño, que se cubre con una pantalla al mirar una estrella, mientras que se le descubre, ocultando la parte exterior del objetivo, cuando se observa el extremo del iman. Con esto, el anteojo cambia en un microscopio. Brújula de Prar_mowskt'.-Este pequeño instrumento es portátil, y ha recibido perfeccionamientos muy notables, des pues del imaginado por Gauss. Está representado ·e n ·1a figura 51, colocado sobre una regla, que se emplea únicamente cuando se le utiliza para mediciones de intensidad. B A es una caja de cobre con tornillos de níkel para instalar bien el instrumeuto. Las puntas de la aguja recorren una di vision de tercios de grado, tr:¡izada en un disco muy delgado de vidrio fijo al collarin D. El anteojo L, que se mueve en un plano vertical paralelo á la línea de jé, sirve ' para dirigir la visual á un punto de mira apartado. La doble operacion se ejecuta como con la brújula de declinacion de Lenoir (fig. 46). Se la puede repetir haciendo girar el collarin de 180 grados, para eliminar la influencia de las partículas de hierro que pueda contener el instrumento. Teodolt'to magnéHco de Lamont.-Este instrumento es muy exacto y muy cómodo para los viajes. Se compone de un círculo horizontal graduado r (fig. 52) sostenido por un pié con tornillos de nivel, sobre el cual gira un disco provisto de dos verniers que sostiene el anteojo reticular L. Sobre este disco apoya otro n, susceptible de fijarse por medio de dos tornillos, el cual lleva la aguja imantada y susistema de suspension. Esta aguja consiste en un pequeño barrote resguardado de las agitaciones del aire por medio de una envolvente de vidrio a b, y está suspendido de unos hilos de seda sin torcer, fijos en la parte superior de un tubo de cobre t de 20 centímetros de altura. El barrote lleva debajo un espejo plano perpendicular á su eje magnético. Despues de colocado bien horizontalmente el círculo graduado; empleando para ello el nivel qu~ se vé á la derecha del disco n' se hace girar este disco de modo que el barrote no toque la envolvente ah, y se coloca el anteojo

FÍSICA INDUSTRIAL

de modo que mirando á través se vea por re, flex ion en el espejo la imágen del retículo. Este resulta vivamente iluminado por la luz del cielo que pasa por la abertura c y se refleja en un espejo sin alit,.de inclinado á 45 grados. Entonces se fijan los dos discos uno á otro y por medio del tornillo u se vá cambiando lentamente 1a posicion del anteojo hasta que el retículo aparente coincida con su imágen. La lectura de los vernieres dá á conocer el ángulo que forma el iman con la línea de fé del · círculo dividido r. Se quita luego el sistema t n que lleva el iman y con el anteojo, -que se le inclina más ó menos por medio del tornillo v, se dirige una visual á una mira apartada cuyo azimut se determina. Este instrumento puede emplearse tambien para medir la inclinacion y la intensidad magnética de la tierra . Para comprobar si el plano del espejo suspendido al imán está exactamente perpendicular á su eje magnético se comparan las · indicaciones del instrumentó con las de los aparatos fijos de los observatorios magnéticos, aparatos que describiremos al tratar de esta clase de establecimientos. Teodolito magnéUco de Brunner. - Esta brújula de viaje presenta dos círculos graduados A, D, (fig. 53), dispuestos como los de un teodolito.. El anteojo F F, que se mueve sobre el círculo vertical D, arrastra consigo el microscopio M, que le está fijo paralelamente. Este microscopio lleva un retículo, por medio del cual se mira el extremo de un pequeño barrote imantado y contenido en una caja ci- ' líndrica provista de espejos. El hilo de suspension se arrolla á un cilindro I apoyado en una birola s, móvil sobre sí misma, susceptible de cambiar de ¡:,osicion por medio de cuatro tornillos y así se coloca el hilo exactamente en el plano vertical que describe el eje_del microscopio. Para conocer la declinacion, se quitan las_ piezas P y N T, que sólo sirven para deter..:. minar la inclinacion y la intensidad, y, despues de bien instaladc el instrumento, se dirige el microscópio á una guia trazada al extremo de la aguja, y se lee el áqgulo que forma el plano del círculo D con la línea de fé del círculo horizontal A. El anteojo F F' dá á

conocer luego la posicion del meridiano geográfico por el método ordinario. Como la ~eclinadon puede experimentar variaciones sensibles durante las dos ó tres horas que requieren las cuatro observaciones necesarias :para obtener un resultado exacto, en realidad lo que se obtiene es solamente la declinadon media durante este tiempo. Marié-Davy disminuye la duracion de la operacion observando la aguja mientras está osci-lando. Para saber si la amplitud de las oscilaciones es la misma á ambos lados del eje del microscopio, coloca en el foco un micrómetro con vidrio dividido en décimas de milímetro. BRÚJULA MARINA.-Este instrumento, conocido tamb.ien con el nombre de compás de las variaciones, se compone de una caja cilíndrica de cobre ·B B (fig. 54) con suspension Cardan, es decir, móvil alrededor de dos ejes horizontales perpendiculares. entre sí, sosten_idos por dos anillos, de modo que, la base superior de la caja B B, permanezca horizontal durante las oscilaciones del buque. El anillo a a ' está fijo por dos montantes verticales á un plato susceptible de girar sobre sí mismo . La aguja imantada está sostenida sobre una punta fija, al fondo de la caja B B, que lleva un disco de papel rígido cubierto por una hoja muy delgada de talco, y en ella están trazados la rosa de los vientos y los grados de la circunferencia. El cero corresponde al eje de la aguja imantada, cuyo extremo norte se indica con un signo particular. En los extremos de un mismo diámetro hay dos pínulas, de las cuales la/ lleva un hilo vertical bien tirante colocado en el centro de una abertura rectangular; la otra, á la cual se aplica el ojo, es una placa hendida verticalmente, y detrás de ella hay un espejo n inclil)ado á 45 grados. En este espejo se forma una raya, quitando estaño, segun una línea correspondiente á la hendidura, para poder verá través de aquella el hilo vertical de la · pínula f. Para hacer un experimento, se hace girar la brújula sobre sí misma y se tira una visual á través de las dos pínulas e, f', como se vé en s n' debajo de Ja figura, en donde se cqnsidera un estrella s elevaqa de 15 á 20 grados sobre el horizonte. Al pr9pio tiempo, en el

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

-espejo n' se obtuv_o la imágen de la Hnea de fé trazada en el interior de la _caja y la division de la rosa, que coincide con esta línea. Asi se vé de una vez el ángulo que forma la aguja imantada con la vertical del astro, y se Jde.termina, por los medios ordinarios, el ángulo de esta vertícal con el meridiano. En las brújulas destinadas á -indicar sola-mente la direccion del eje del buque , se su -primen las pínulas, y se observa simplemente el ángulo que forma la aguja con este eje. A este ángulo se añade ó se resta luego la declinacion supuesta conocida. Durante la noche se ilumina la brújula (fig. 55) por la abertura a e, por medio de una lámpara cuya luz atraviesa el disco dividido, que es traslucido. En Jos buques de hélice, la trepidacion producida eñ la popa por el propulsor agita contínuamente la aguja, y esto se evita colocán.dala en un flotador situado en un líquido. Como el agua s~ congela fácilmente y el alcohcrl se evapora, Santi emplea, con este objeto, la glicerina, que no presenta estos inconvenientes. AGUJAS' pE LAS BRÚJULAS. - La forma de rombo es la más apropiad:l, por tener menor peso á igualdad de fuerza magnética. Coulomb observa que el roce que experimenta la aguja sobre el pivote es proporcional al peso de ésta, cuando la punta está un poco gastada; y como la fuerza magnética disminuye .menos rápidamente que el espesor, será muy ventajoso emplear agujas delgadas. Si tienen la forma prismática, es indiferente que tengan más ó menos longitud, puesto que el momento y el peso son proporcionales á esta longitud. La chapa se hace de laton, ágata, vidrio, granate; se las ahueca por debajo y se tornea con cuidado esta cavidad dándole · la forma de cono muy abierto. . La punta del pivote debe estar un poco redondeada; el ángulo al vértice es ordinariamente de 15 á .20 · grados. Para las brújulas marinas, en donde las agitaciones la fatigan mucho más que en tierra , se hace menos afilada esta punta, fabrfcándola de latan, y no de acero, por oxidarse -rápidamente este metat por ,el aire húmedo del mar. . La inclinacion que se produce se destruye FfSICA. lXD.

!.265

por medi0 de un pequeño contrapeso, que se aleja del centro al avanzar hácia el polo. Ducbemin sustituye la aguja ordinaria por dos círculos concéntricos de acero unidos por _ un travesaño no magnético, é iman~ados de modo que sus polos se encuentren en los extremos de un mismo diámetro. Los experimentos que se practicaron en 1875 demostraron que esta aguja circular ·es muy sensible, resiste mejor los vaivenes del buque, é influye menos en ella el hierro de que está formado éste, que en la aguja ordinaria. Usos Y ORÍGEN DE LA BRÚJULA. - ln.dependientemente de los usos á que se· destina en el mar, sirve tambien la brújula para orientarse en los continentes, para conocer la direccion de las cordilleras de montañas, de las colinas ó de los valles. Para esto último se emplean unas brújulas muy pequeñas llamadas de bolst"llo, que afectan la forma de un reloj . La fig. 56 representa una brújula de ag rimensor. La líriea de fé es paralela á uno de los lados de la caja, al cual está fijo un pequeño anteojo de retículo ó una alidada de pínulas, que sirve para mirar en la direccion que s_e quiera comparar con las de la aguja. Declinacion en diferentes lugares.-Comp ya hemos dicho, la decl~nacion no es la misma en los diferentes puntos de la superficie del globo. Las primeras · observaciones se hicieron en 1599 por órden del príncipe de Nassau, .por los navegantes holandeses. -Alentaba estas investigaciones la idea de que la declinacion, en un punto dado podria dar á conocer la longitud; mas, posteriormente, el descubrimiento de las variaciones en un mismo lugar hizo renunciar á estas esperanzas. Queriendo Halley comprobar ciertas ideas teóricas relativas á estas variaciones, emprendió un largo viaje en un_ buque que le suministró.. el gobierno inglés, ·y, juntando sus observ_a. ciones con las que ya se poseían,_dibujó unos mapas en los cuales trazó de 5 en 5 grados las líneas de Íf(tt,al declinacion ó isógonas. Ciertamente que estos mapas hicieron sensacional publicarse, mas en .su trazado no se tuv0 en cuenta el hierro de que estaba formado el buque, y como, además, la declinacion varía en un mismo lugar, resultaron ser muy ine.xactos estos I_Ilapas. T. 11.- 34

FÍSICA INIDUSTRIAL

Mountain y Dodson publicaron nuevos mapas en 1745 y 1746, y Hansteen en 1787 dió á luz un Atlas magnífico, trabajo el más completo de cuanto habia aparecido hasta entoqces. Churchman, en 1794, trazó tambien unos mapas y trató de encontrar las leyes de la declinacion, partiendo de la existencia de dos polos magnéticos, que suponia giraban alrededor de los polos terrestres : el del norte en 1,096 años y el del sud en 2,289. Barlow publicó en 1823 un trabajo muy notable sobre las declinaciones en los varios puntos de la superficie del globo. La fig. 27 está trazada segun los primeros mapas que él dibujó. Las líneas de puntos representan las líneas ís6gonas. Se observa que estas líneas son muy irregulares; efecto de haberse alterado sus formas,_en particular en las latitudes elevadas, por haberse adoptado el sistema de proyeccion de Mercator. Entre las líneas isogónicas deben mencionarse las líneas sin decUnact'(!n, es decir, la série de puptos en los cuales el eje de 1a aguja imantada coincide con el movimiento geográfico. U na de estas líneas, representadas con líneas seguidas en la figura, principia al noroeste de la bahia de Hudson, atraviesa el Canadá, corta la América meridional cerca del cabo San Roque y vá á encontrar el -meridiano de París, hácia el grado 65 de latitud austral. Otra segunda línea sin declinacion, que sale del sud, del punto a, atraviesa la Nueva Holanda, rodea sinuosamente por el oeste las islas de la Oceania y las dos Indias, se dirige al norte, á lo largo del Japon, y termina en la Siberia. Otro brazo, cuyo extremo s,e vé en c, atnwiesa el mar Blanco, suponiéndose que no es más g ue la continuacion de la curva de Oceania, á la cual se une á través del Asia continental, de donde faltan las observaciones. Existen, pues:, dos líneas sin declinacion, pero se las puede considerar como continuacion una de otra por las regiones polares, de modo que no forman más que una curva que dá la vuelta á la tierra. Entre las dos líneas sin declinacion de la figura, es decir, en el Océano Atlántico y al oeste del antiguo continente, la declinacion es occt'dental; al exterior es oriental y disminuye á medida que se vá aproximando á estas líneas. En el océano Pacífico, se observan

curvas cerradas que rodean las islas Marquesas y en las cuales la declinacion disminuye á medida que van convergiendo estas curvas; éstos son los óvalos del mar del sud, señalados por Erma~. Existeh otros semejantes á estos, pero no tan extensos, al noroeste del Asia, sólo que la declinacion aumenta de fuera á dentro. Las líneas sin declinacion cambian lentamente del este al oeste; la del Océano Atlántico pasaba por París en 1666, no siendo los mismos los cambios en toda la extension de una misma curva; puesto que la declinacion ha variado apenas en la Nueva Holanda desde un gran número de años, ni en la parte occidental de las Antillas, ni en Spitzberg, durante todo un siglo. Las líneas isog6nicas cambian de lugar juntamente con las líneas sin declinacion. En general, cuando una línea isogónica pasa del mar á una tierra 'un poco extensa, se para allí durant.e mucho tiempo, curvándose más y más, y las demás partes continúan obedeciendo al movimiento secular. ·Meridianos magnéticos verdaderos y paralelos magnéticos.-Duperrey, despues de su viaje alredeJor del mundo en la corbeta Coquille, publicó unos mapas de declinaciones, en los cuales traza curvas análogas á las líneas isog6nt'cas, pero trazadas de modo que pueda conocerse en cada uno de sus puntos la direccion del meridiano magnético. Estas líneas, que denomina m eridianos magnéticos verdaderos, son las que se obtendrian transportando la aguja imantada del norte ar sud, de tal modo, que se siguiere constantemente la direccion que indica. Estas son líneas de doble curvatura, mientras que los meridianos magnéticos propiamente dichos, son grandes círculos. Algunos de los meridianos verdaderos están representados en líneas seguidas en la carta de proyeccion polar (fig. 58). Observándolos con detencion se vé que son muy pocos los puntos en donde la aguja imantada se dirija exactamente al norte. Uniendo estos puntos se obtiene una curva que representa la línea sin declinacion. Las inflexiones pr9nunciadas de los meridianos magnéticos verdaderos cerca de los polos, explican porque varía tan rápida-

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE mente la declinacion en las regiones polares, al cambiar de lugar, segun un paralelo geogr áfico. Si se trazan curvas normales á los meridianos magnéticos verdaderos por cada uno de sus puntos, se obtienen+~os paralelos magnéticos de Duperrey. En la fig. 76 se ven algunos de ellos. Polos magnéti'cos.-Hansteen dedujo de la curvatura de las líneas isogónicas de las regiones polares, que debían converger, en cada h emisferio, h acia los polos magnéticos animadas de un movimiento muy lento de rotacion, del este al oeste los unos y en sentido inverso los otros. Barlow halla que no hay realmente más que dos polos magnéticos. El del hemisferio boreal, que es el más conocido; se vé en la fig. 75, al norte de la babia de Hudson. Estos polos, que sirven tambien de puntos de convergencia á los meridianos magnéticos verdaderos de Du,Perrey, se vén en la fig. 76, en donde los paralelos magnéticos convergen más y más. En 1825, el del hemisferio norte era de 79 grados. de latitud y IOI grados de longitud·occidental. Obsérvese que todo el sistema de las curvas mág néticas cambia poco á poco, de suerte que el estado mag nético de la tierra se modifica muy lentamente.-· De la inclinacion.

BRÚJULAS DE INCLINACION. - Estos instrumentos se han ido perfeccionando sucesivamente, siendo Bernonilli el que- con mayor interés los ha estudiado y obtenido resultados más satisfactorios. La fig. 59 representa el modelo más en uso. La aguja .imantada a b apoya, por mediQ de un eje transversal de acero que pasa por su centro de gravedad y perfe~famente cilíndrico, ·en dos placas paralelas de ágata, apoyadas ea dos travesaños horizontales sostenidos por dos columnitas. A estos travesaños está fijo urr círculo vertical graduado. Esta parte del aparato que está cerrada en una caja de vidrio, puede girar alrededor de un árbol vertical, sostenido por el pié del instrumento, ~n cantidades angulares medidas por un vernier que recorre el círculo fijo c. El nivel n sirv e para la perfecta horizontalidad de este círculo.

La parte más delicada del instrumento es la suspension de la aguja, cuyo detalle se re-::. presenta en la fig . 60. a b, es la aguja; r, r son dos secciones transversales de ella ; o, o, o' son las placas de ágata sobre que apoya el · eje. Este eje se coloca en el centro del círculo, por medio de dos pálanquitas, cuyos puntos de apoyo se encuentran en a, a' (fig. 59), y en a, a, a' (fig. 60). Estas pal~ncas tienen unas horquillas_f,j, q_ue se hacen subir bajando el boton ~ (fig. 59), con lo cual sube el eje de la aguja, y así, con suavidad, se la puede colocar bien en las hojas de ágata, en el centro del círculo, subiendo entonces el boton ~Para observar la inclinacion, se principia por colocar el círculo vertical en el rri_eridiano magnético, buscando la posicion para la cual la aguja forma el menoi: ángulo con el horizonte, ó bien aqúella en la cual se presenta bien vertical; hecho esto, se corre el vei::nier de 90 grados. Tambien pueden hacerse dos operacion·es en dos planos perpendiculares entre sí; pero observa Mari"é-Davy que la cowponente particular á estos planos puede hacer oblícuo al eje de rotacion, .Y dar una lectura no tan exacta. . La influencia de la falta de regularidad en la imantacion se corrige por el método de inversion, de que ya hemos hablado. Además, corno puede ocurrir que el centro de gravedad no se encuentre exactamente en el eje de rotacion q.e la aguja, se repiten las operaciones en la ·m isma posicion del círculo vertical, pero despues de imantada la aguja en sentido inverso, de modo que el extremo que se inclinaba hácia la tierra se encuentra hácia arriba, y así' se toma luego la media de los ángulos obtenido_s en ambos estados de imantacion. De este modo se hacen cuatro observaciones y se toma la media d_e t~das ellas. Los errores de lectura que produzcan los extremos de la aguja po.drán alcanzar á veces hasta 20 minutos, por lo tanto, es conveniente repetir varias veces cada una de las operaciones parciales, colocando siempre el círculo vertical en posiciones que . difieran de 180 grados. · La lec;tura de las di visiones señaladas por las puntas de la aguja produce errores de 10 á 20 minutos . Así, para obtener mayor precision, se aleja esta aguja a b (fig. 61) del cír-

FÍSICA INDUSTRIAL culo c c paralelo al plano en donde se mueve. El brazo v v', provisto de vernieres, lleva dos anteojos perpendiculares de retículo l, l, con los cuales se mira con exactitud unos puntos de guía grabados en los extremos de la agu.ifl.. Haciendo girar el boton B se bac<s subir una doble horquilla, que coloca al eje de rotacion de la aguja en la prolongacion del eje del círculo e c'. lNCLINACION POR LAS OSCILACIONES.-Puede obtenerse tambien la inclinacion por un método indirecto imaginado por Laplace, susceptible de una gran precision. Se cuentan las oscilacionés que hace la aguja de inclinacion durante cierto tiempo en el meridiano magnético y en un plano perpendicular á este meridiano. Sean n, n' el número de estas oscilaciones, j las fuerzas que las producen: se tendrá: F, y n• : n'•

= F :f1

en cuya fórmi;ila, F representa la fuerza magnética del globo, y f su componente vertical. 'Llamando I el ángulo de inclinacion, se obtendrá: f =Fsenl ecuacion que, combinada con la anterior, dá: sen I = n'' : n•. MEDIDA DE LA INClINACION POR MEDIO DE AGUJA HORIZONTAL.-Hé aquí como se opera con el teodolito de Lamont. Se 0irige el anteojo á la aguja, como para obtener la cleclinacion, se rodea la aguja a b (figura 62) con un anillo horizontal de cobre C C, que sostiene dos barrotes verticales de hierro dulce B B', situados uno arriba y otro abajo y cuyo plano es perpendicular al meridiano magnétic9. Estos dos barrotes r,e ciben de· la tierra una imantacion proporcional á la componente vertical v de su fu erza magnética, y obran en un mismo sentido para alejar la aguja del meridiano magnético. La desviacion producida o se mide por medio del anteojo. · Sea I el ángulo de inclinacion y F la fuerza mag nética terrestre; sus componentes vertical y horizontal serán:

v = Fsen I

h =F cos I.

La segunda dá una componente perpendieular á la aguja, igual á h sen o ó F cos I.

sen o, que se equilibra con el par producido por los barrotes B, B', par que es proporcional á v, y se tiene: F cos I sen o= kv= k F sen I, de donde tang) = K sen o: Para determinar la constante K, despues de medida o, se introduce en la fórmula el valor de I dado por los aparatos fijos de un observa torio. Como los barrotes B, B' pueden poseer una imantacion permanente y desigual, se repite el experimento, haciendo girar antes el anillo de 180 grados sobre sí mismo; se vuelve á principiar la doble operacion, despues de girado este anillo cara á cara, y se repiten, por último, las cuatro operaciones despues de invertido cada barrote sobre su soporte, en el cual se fija con tornillos de presion. El teodolito de Brunner (fig. 53) se presta tambien para medir el ángulo de inclinacion. Quitada la pieza N T, se coloca el barrote de hierro dulce P en su montura Q, al rededor de la cual puede girar en un plano paralelo al círculo D, y tomar cuatro posiciones verticales ú horizontales, y en ellas puede pararse por efecto de un resorte situado en R y cuatro entalladuras practicadas en el contorno de un disco vertical. Para evitar la influencia de las variaciones de temperatura, se miden las desviaciones de la aguja por el barrote coloca.do sucesivamente en las cuatro posiciones, y se las introduce en la ecuacion que dé la tangente de-inclinacion. Este método de observaciones crur_adas sólo puede emplearse para latitudes medias, para las cuales son suficientes las componentes horizontal y vertic~l de la accion terrestre. LA DE lNCLINACION EN LOS DISTINTOS PUNTOS SUPERFICIE DEL GLOBo.~Sabemos ya que la inclinacion aumenta con la latitud. Con relacion á esto, debemos considerar la línea sin inclinaeion ó ecuador magnético y las líneas isóclinas, en las cuales la inclinacion es [en todos los puntos la misma. Ecuador magnético.-La primera figura de esta línea, en la cual la inclinacion .es nula, la dió Wilcke en 1768, y_ la modificó despues Lemonnier. Al principio se creia, segun las

DISTRIBUCION LJEL MAGNETISMO TERRESTRE

observaciones de Lacaille, "Bayly, La Perouse, Humboldt, que el ecuador magnético formaba un gran círc~lo que cortaba la línea equinoccial en dos nudos situados en un mismo diámetro, formando con ella un ángulo de unos 12 grados. Uno de los nudos se encontraba en el mar del Sud á II 5 grados de longitud occidental, cerca de la isla Gallego; el otro en el mar de las Indias, á 295 grados de longitud occidental. Mas Biot, atendiendo á las observaciones de Bayly y de Cook, hechas en 1777, entre 115 y 270 grados de longitud, reconoció que la hipótesis de un gran círculo no concordaba con los hechos, puesto que estos navegantes encontraron, al oeste de la isla Gallego, la línea sin inclinacion á 3 grados 36 minutos al sud del ecuador, cuando debia encontrarse al norte. Esta línea vuelve á pasar pues, por el hemisferio sud, despues de haber subido un poco hácia el norte; así '.deben existir forzosamente cuatro nudos, dos de ellos muy aproximados uno á otro. Partiendo M"orlet de los datos suministrados por Cook, Eckberg, Panton, La Perouse y otros, halla sólo tres nudos, puesto que el ecuador magnético toca sólo la línea equinoccial á 120 grados de longitud occidental, mientras que Hansteen supone que pasa por el hemisferio norte ·durante 15 grados, sube hasta 1 grado 30 minutos de latitud, para volver á bajar al hemisferio sud, á 23 grados de la costa occidental de América. Se vé, (fig . 57), la línea sin inclinacion representada por línea de puntos, tal corno la trazó Duperrey en 1825, despues de haberla atravesado seis veces, y en ella sólo se observan dos nudos . La línea segunda que está cerca de ella, es una curva normal en cada uno de sus puntos á los meridt.'anos 11J-agnéticos verdaderos, á lo cual Duperrey dió el nombre de ecuador magnético, reservando á la otra el nombre de linea sin incUnact'on. Observa tambien que los puntos en donde esta última línea se separa del ecuador g eográfico, son aquellos en donde encuentra tierras. En el gran Océano, estas dos líneas son sensiblemente paralelas, y están muy cerca una de otra. Para determinar los puntos de la línea sin inclinacion que no se han encontrado en los

viajes, Morlet y Duperrey emplearon la formula siguiente hallada por Biot, que partía de la hipótesis de dos oentros magnéticos existentes en el interior del globo, á poca distancia del centro; fórmula que, transformada por Boldwich y Kraft, se presenta bajo la forma muy sencilla de tang I

= 2 tang A.

Está fórmula, que demostraremos al terminar el presente estudio sobre el Magnetismo, representa· que la tangente ;de la inclinacion es iguál al doble de la tangente de la latitud magnetica ). contada á partir de la línea sin inclinacion. Morlet observa que es exacta mientras no se pase de 25 á 30 grados de latitud; puesto que, si de la declinacion en distintos puntos de un mismo meridiano geográfico1 se deduce la posicion del punto en donde el ecuador magnético encuentra este meridiano, se encontrará ;:;iempre el mismo resultado. Al pasar de 25 á 30 grados, los resultados son ya excesivos. · La línea sin inclinacion experimenta un cambio muy lento, en el cual los nudos se dirigen hácia el oeste. Este movimiento, señalado primero por Morlet, se ha confirmado . despues. Los dos nudos, situados á poca diferencia sobre un mismo diámetro de la tierra, avanzaron de 10 grados, á lo menos, de 1780 á 1836, lo cual dá un término medio de 10 minutos 48 segundos por año. Líneas isóclinas.-Las líneas t"sóclinas ó t"socllnt"cas corresponden á inclinaciones tanto mayores, cuanto mayor es la distancia al ecuador magnético. Wilcke, en I 768, dió un mapa de ellas, que modificó despues Lemonnier. Hansteen en 1819, dedujo de la forma de estas líneas la existencia de cuatro polos magnéticos, hipótesis que Barlow y Duperrey combatieron. Ross encontró en 1832, en la tierra de Bootbia-Félix, el punto en donde La aguja de inclinacion se pone vertical, punto que c.9incide sensiblemente con el polo mag nético norte determinado por Duperrey por medio de las líneas isogónicas. Humboldt observó la inclinacion en el Océano Atlántico, en el mar del Sud, en Europa y en América, en una zona comprendida entre 48° 50' de latitud norte y 12º de latitud sud; Gay-Lussac en varias partes de Europa ,

FÍSICA INDUSTRIAL

en el Oural, el Altai, el mar Caspio; Gauss, Franklin, Forbes, Duperrey y Parry, en las altas latitudes. Hé aquí los resultados generales obtenidos: en las partes del globo en donde el ecuador magnético es á poca diferencia circular, es decir en Europa, África, el Océano Atlántico y las costas orientales de América, la inclioacion es sensiblemente la misma á ambos lados y á igual distancia de esta línea. En cuanto al norte y al sud de las regiones en donde el ecuador magnético presenta inflexiones, las líneas isóclinas las presentan tambien y sus irregularidades son tanto más acentuadas cuanto más se adelantan há<;:ia los polos. Duperrey ha hecho observar que estas líneas representan dos hechos á la vez; puesto que la inclinacion está referida al horizonte del lugar, y este horizonte está desigualmente inclinado sobre el eje del globo, en los varios puntos de una misma curva y no tener estos puntos la misma latitud. Esta observacion-, que se aplica igualmente al ecuador magnético, ha rebajado en mucho la importancia que se daba antes á las líneas isóclinas. Humboldt determinó la latitud cerca de las costas de Chile y del- Perú, en donde son muy frecuentes las nieblas espesas, midiendo la inclinacion y consultando una tabla que daba la latitud correspondiente á cada ángulo. Este método es tanto más conveniente en estas regiones, á causa de la corriente sudnorte que corre á lo largo de Chile, que haria muy difícil el regreso hácia el sud de un buque que hubiese pasado del puerto. Para obtener buenos resultados, es necesario que el buque corte las líneas isóclinas casi normalmente. Gilbert aconsejaba ya antes determinar la latitud por medio de la inclinacion; más como las líneas isóclinas no se confunden con los paralelos geográficos, que es lo . que él ignoraba, este método no más puede aplicarse á algunas regiones privilegiadas. Al igual que el ecuador magnético las líneas isó.c linas experimentan cambios de rorma muy lentos y poco acentuados. Intensidad del magnetismo en los varios puntos de la superficie del globo.

Graham fué el primero que trató de evaluar la intensidad . del magnetismo terrestre,

en I 772. Saussure, des pues, hizo algunos experimentos comparativos, en el monte Blanco y en Génova. B·orda fué, por, último, quien practicó verdaderas observaciones sobre este particular, haciendo oscilar una misma aguja en los distintos lugares en los cuales comparaba las fuerzas magnéticas. Hoy dia se procede ya empleando la aguja de inclinacion ó por medio de la aguja de declinacion. ÜSCILACIONES DE LA AGUJA DE INCLIN ACION.

-Si se perturba de 3 á 4 grados á lo más, la posicion ·de equilibrio de una aguja imantada móvil, situada en el meridiano magnético, las fuerzas magnéticas que la hacen oscilar, permanecen iguales y paralelas entre sí; las oscilaciones son pues isócronas, y las fuerzas proporcionales á los cuadrados de los números n, n' de oscilaciones ejecutadas durante el mismo tiempo, por una misma aguja en dos paises distintos. Si F y F' son las fuerzas magnéticas del globo en estos dos paises, se tendrá: F : F'·= n• : n'•.

Al emplear este método deben tomarse ·muchas precauciones. En primer lugar, es evidente que sólo dará relaciones entre las intensidades y los resultados dependerán del momento magnético de la aguja. Desde luego, es esencial que ésta conserve exactamente su estado mag11ético durante todo el viaje; por esto se la transporta en un estuche bien forrado para preservarla de los choques y de las variaciones bruscas de temperatura. Se procura igualmente lleva.r otras varias agujas, que se comprueban mútuamente y que en todos los puntos deben dar la misma relacion de intensidades. Por último, se vuelve al punto de partida, en donde se repiten los experimentos, los cuales deben dar el mismo número de oscilaciones que antes de la partida, siempre que no se haya alterado el estado magnético de las agujas. La aguja debe estar suspendida bien exactamente por su centro de gravedad, lo cual se comprueba, antes de principiar la série de observaciones, imantándola en sentido inyerso. Por último, todos los resultados deben referirse á una misma temperatura, para que sean exactos. ÜSCILACIONES DE .LA AGUJA DE DECllNACION.

-La aguja de declinacion sólo dá la campo-

~·

DIST.RIBUCION DEL -~GNETISMO TERRESTRE , nente horizontal/ de la fuerza ·magnética del globo. Llamando I al ángulo de inclinacion formado en el ~ugar que se observa, esta componente será: h= F cos I

y bastará medir h é I para conocer F. Las oscilacibnes son isócronas, al igual que en la aguja de inclinacion, siempre que la amplitud no pase, como en aquella, de tres á cuatro grados; lo cual demuestra que la componente normal de h es proporcional al án:gulo que forma la aguja con el . meridiano magnético. Esto lo comprobó CoÚlomb por medio de la balanza de torsion, y halló el .ángulo de torsion proporcional al ángulo de desviacion, mientras no pasase de cuatro grados. Más allá de éste límite, el ángulo de torsion era proporcio'n al al seno del ángulo de desviacion. , Sabido esto, se hace oscilar la aguja horizontal en varios lugares y se cuentan las oscilaciones ejecutadas durante cierto tiémpo. Sean n y n' el número de oscilaciones en dos estaciones distintas, I, l' los ángulos de las inclinaciones y F, F' las intensidades que se buscan, en estas dos estaciones, se tendrá : n'

n·• =

F cos X -¡¡,= F'cosl'' h

de dondeF

n' cos l'

v,· - n'' cos I . El empleo de la aguja de declinacion pre.s enta muchas ventajas sobre la aguja de inclinacion, por poderla suspender por un sistema más móvil empleando un hilo '.de -seda sin torcer, segun la idea de Coulomb, como se vé en el siguiente instrumento debido á Hansteen y perfeccionado por Duperry. BRÚJULA DE LAS INTENSIDADES. - La , aguja imantada se coloca dentro de una caja de madera (fig. 63), colgada de un hilo sin torcer aq-ollad,o al cilindro f sostenido por un tubo fijo al centro de un cristal que cierra la e-aja. Uno de los extremos de la aguja recorre un arco dividido; el otro tiene un índice o que se mira por una abertura por medio de unanteojo de retículo L, fijo á la caja. El tornillo r sirve para hacer girar un poco esta caja sobre sí misma, hasta que el centro del retículo

coincida exactamente con el indice o, durante el reposo; y los tornillos de nivel, para que el hilo de suspension pase por el centro del arco dividido. Se hace oscilar la aguja, desplazándola por medio de una palanca de clavijas que se impele por encima de la caja. El anteojo permite contar las más insignificantes oscilaciones. Este instrumento', sin embargo, no es tan ventajoso como los teodolitos magnéticos. METOD0 DE GAuss.~Por este método los resultados son independientes del estado magnético de la aguja. Enfrente de la aguja horizontal hay un pequeño barrote imantado perpendicular al ' meridiano magnético y en una direccion que pasa por el punto de suspension de esta aguja. Esta se desvia de una cantidad ó independiente de su movimiento magnético, puesto que la accion que ejerce la tierra sobre ella es proporcional .á este momento, como.la accion del barrote. , Gauss demuestra por el cálculo que si la distancia D de los centros de la aguj'a y del iman son suficientemen_te grandes, se tendrá:

· tang B

= -h-

l D•

+ Dª ,

fórmula que se reduce á tang B

aM = ·-h-

l Dª

cuando D pas~ del cuádruplo de la longitud de los imanes. M representa el momento magnético del iman que produce la desviacion, y h la componente horizontal (F sen I) de la fuerza terrestre. De una de estas fórmulas se deduce el valor dé h, despues dé determinado el momento M y las constantes a y B. E tas constantes se obtienen por medio de dos experimentos hechos en un lugar en donde h sea conocida; el momento M se determina por el método de las oscilaciones, por ser este momento proporcional al cúadrado del número de oscilaciones. Para experimentar durante el viaje, se puede emplear la brújula de Prazmowski. En esta figura se vé el iman desviante, situado á la izquierda, sobre una regla dividida que sirve para medir D. El teodolito de Lamont, se presta igualmente á los mismos experimentos. La regla

FÍSICA INDUSTRIAL

que lleva el iman desviante se apoya en el soporte de la aguja imantada, perpendicularmente el meridiano magnético. Para que no se :reproduzca una imantacion irregular del barrote, se hacen cuatro observaciones de o, invirtiendo este barrote punta por punta, y colocándole ya á un lado ya á otro de la aguja. En el teodolito de Brunner; una vez quitada la pieza P, se coloca el iman desviante en T, de modo que su centro se encuentre en el meridiano magnético que pasa por el punto de suspension de la aguja. En este caso, la desviacion o', se obtiene con la fórmula: tang .o' =

a M 1 -h- D•

= 2 tang o.

Para obtener M, al medir o6 o', se coloca el iman desviante en el sitio que ocupa la aguja y se cuentan sus oscilaciones. AUMENTO DE LA INTENSIDAD CON LA LATITUD.

-Humboldt fué el que descubrió la ley del aumento de intensidad con la latitud, á raíz de su viaje por las regiónes equinocciales de América, en 1798, desvaneciendo con ello las dudas que existían sobre este particular. Así, observó Ún valor mínimo en el ecuador -magnético, en el Perú septentrional, valor que se tomó despues como unidad y que sirvió para el cálculo del siguiente cuadro. LUGARES DE OBSERVACION

Aflos.

San Antonio. Cartagena . . Nu eva York. Nápoles .. Lion .. París .. · ·. Bruselas. Berlin. Cristiania. Petersburgo. Ba hía de Baffin. Spitzberg.

1802 1801 1822 1805 1805 1800 1829 1829 18 20 1828 1818 1823

Cantidade•.

o' 10 25 N

oº

4º 43 40 50 45 46 48 52 50 52 52 ;í 1 .59 .5 5 .59 06 62 43 79 4º

Intensidad magnética .

1'087 1' 294 . 1' 803 1' 274 1'3 33 1'3 48 1'374 1'366 ~ '4 1·9 1' 410 1'.590 1'.567

Segun Sabine, la intensidad es igual á 1'624 en el polo magnético norte, cerca de las islas Melville, mientras que en el polo magnético austral, situado en la tierra _Victoria, cerca del volean Erebus, Ross la encuentra igual á 2 '052. El mínimo de intensidac;l, 0 ' 705, la observó Erman á 19 grados 59' de Jatitud sud y á 10 grados 2' de .longitud este. En Nueva

York existe una anomalía muy singular, pues la intensidad alcanza 1'803. LÍNEAS ISODINÁMiCAS. - Estas líneas pasan por los puntos de la · superficie dyl globo_ en donde la i-ntensidad magnética es lá misma. Estas líneas difieren notablemente de las líneas t'$óclinas, son mucho más irregulares que éstas y á_veces las cortan á ángulo recto, como sucede en el Perú. Hansteen ha observado tambien una semejanza muy notable entre las líneas t"sodt"námt"cas y las líneas isotermas, semejanza confirmada tambien por Brewster y Duperrey, lo cual hace suponer que las intensidades magnéticas dependen del calor. De la configuracion de las líneas de igual intensidad y de estas líneas isogónicas, dedujo Hansteen la existencia d.e dos polos magnéticos en el norte ; sin embargo, Duperrey trazó nueve de estas líneas isodinámicas para los dos hemisferios, y encontró un soio polo. Las líneas se convierten en ovaladas á medida que _se aproximan al polo norte de la tierra, á poca ,diferencia como las líneas isotermas, pero sin separarse ni formar dos curvas distintas; el polo determinado por la intensidad está comprendido en un espacio muy alargado, que vá de la Nueva Siberia á los grandes lagos de la América del Norte. A pesar de esto, algunos físicos, entre ellos Gauss, suponen en cacfa hemisferio dos puntos, en los cuales la intensidad es máxima. Estos puntos deben coincidir con los polos del frt'o, y no con los polos magnéticos determinados por la declinacion .y la inclinacion. Entre las líneas isodinámicas debe considerarse- la de mínima intensidad, y observa Duperrey que no coincide ciertamente con la línea sin inclinacion como antes se creía. Por lo demás, publicó sus mapas con cierta reserva á causa de los errores á que se presta esta cla_se de observaciones y tambien á causa de los cambios de intensidad que se producen en cada lugar, por las vari,aciones de ·temperatura. Partiendo Biot de la existencia de dos centros magnéticos situados muy cerca uno de otro en el interior del globo, supuesto homogéneo, halla que las intensidades t' en las varias latitudes, A, se obtienen con la fórmula

i = V r+J set1' ~-

DIST.(UBUCI0N DEL MAGNETISMO TERRESTRE Para comprobarla, toma Dúperrey como intensidad á varias latitudes, la media de las intensidades observadas sobre el paralelo geográfico que· les corresponda, y encuentra resultados que concuerdan sensiblemente con los obtenidos con la fórmula. Estos últimos son algun tanto más bajos, hasta la latitud de unos 55 grados, y luego son algo mayores. La diferencia es, á lo sumo, de o'or 5 del valor tomado por·unidad. En la fig. · 64 las ordenadas de la línea no interrumpida representan las intensidades observadas, y las de"1.a línea de puntos, las in:. tensidades obtenidas con la fórmula en las latitudes representadas por las abscisas. INTENSIDADES EN .LAS ALTAS REGIONES DE _LA ATMÓSFERA.-De las observaciones de Humboldt en los Andes, y de Kupffer en el Cáucaso, parece resultar que la intensidad magnética disminuye á medida que se sube sobre el ·nivel del ~ar. Sin embargo, Bioty Gay-Lussac, durante su viaje aerostático, no encontraron disminucion sensible en la duracion de la oscilacion de la aguja imantada; mas· como la temperatura era muy baja en las altas regiones, y no practicaron la correccion, debe suponerse que este resultado negativo confirma el decrecimiento de la intensidad cuando la altura aumenta. Variaciones de la aguja imantada. en un mismo lugar. ,

Observaciones magnéticas.-La direccíon y la intensidad de la fuerza magnética del globo experimentan, en µn mismo lugar, varios cambios, y están sometidas á variaciones seculares, anuales y diurnas y á perturbact'ones accidenta les. Para estu.d iar esas _diversas variaciones, se han construido edificios especiales , en los cuales se las observa contínuamente. A Humboldt se debe la primera idea de dichos observatorios magnéticos. Considerando la perpétua agitacion de la aguja imantada, concibió fa idea de observarla constantemente durante 5 ó 6 dias consecutivos. Esto lo realizó en Berlin en 1806 y 1807, juntamente con Oltmanns, y pudo comprobar la existencia de perturbaciones mucho más numerosas de lo que se· creía. En 1828 hizo construir un pequeño obserFis1cA IND.

273 vatorio magnético, instituyendo las observaciones simultáneas en Berlín, en París y en las minas de Freiberg á 66 metros de profundidad. La expedicion promovida por el emperador de Rusia en 1829, proporcionó la ocasion de establecer estaciones magnéticas en grande escala. Se construyeron, en efecto, varios observatorios en toda el Asia septentrional, hasta Pekin. En 1832, Gauss ideó los nuevos aparatos de que vamos á tratar y fundó la union magnética, cuyo centro . estaba en Goettingue, y del cual partía la indicacion de los dias durante los cuales se debia observar simultáneamente de un modo con.:. tínuo . En 1836, Inglaterra entró á formar parte de dicha union, y en 1839 se resolvió la expedicion al Polo austral, dirigida por Ross, y durante la cual se hicieron observaciones simultáneas en ocho ó diez estaciones distintas. Hoy dia existen observatorios I?agnéticos en todas las partes del mundo. Los observatorios ingleses están muy diseminados; los unos cerca de los polos magnéticos, los otros -cerca de la línea sin declinacion. Los principales se establecieron en Toronto (Canadá), Makerston (Escocia), Bombay, Santa · Elena, el Cabo, Hobartown (Isla de Van-Diemen). Un observatorio magnético c~nsiste en una sala rectangular de unos 11 metros de largo en sentido del meridiano magnético, y en su construccion no .entra absolutamente el hierro. En el suelo está trazado, por el centro 'de la sala, la djreccion del meridiano magnético. Se construyen varios basamentos para establecer en ellos los instrumentos fijos de observacion. Brújula de las variaciones en declinacion. -Para observar declinaciones in. ignificantes, tales como las variaciones diurnas, ó las perturbaciones, se empleaba antes la brújula de las variaciones, instrumento dotado de una extraordinaria sensÍbilidad, representado en la fig. 65. En la caja B B', fija á una mesa de mármol, oscila un barrote imantado suspendido por hilos de seda sin torcer. Estos hilos atraviesan la caja de vidrio V, y se arrollan á un cilindro r. Los extremos del iman, cuya mitad se vé en a o, llevan una pequeña placa de marfil a dividida en cuartos de milímetro. Es{as placas de marfil se observan á T.

II.-.35

/ FÍSICA INDUSTRiIAL

través de los cristales e e', por medio de microscopios de retículo mm', que se mueven en colisas por medio de los tornillos v v'. La lectura se hace con vernieres de lente l, z,. Se coloca primeramente el eje de la caja en el meridiano magnético y se dirigen los microscopios sobre los puntos de guia. Se observan luego los cambios de la aguja, ya contando las divisiones de la placa de marfil que van pasando por debajo . del retículo del microscopio, ó ya siguiendo con este último el punto de guia, cuyo cambio de posicion se evalúa con el vernier. Anteojo magnético -de De Prony. - Para medir los más insignificantes cambios de declinacion, emplea Prony una larga aguja imantada suspen~ida por hilos de- seda floja ; y provista de un anteojo colocado en sentido de su longitud, con el cual se dirigen visuales á una escala apartada. Con esto son muy sensibles los más insignificantes movimientos del eje del anteojo, y, por consiguiente, los de la aguja. . Gauss ha imaginado, para los observatorios, nuevos aparatos de gran sensibilidad, por medio de los cuales es fácil seguir en un mismo lugar las más pequei;ías variaciones del magnetismo terrestre. Estos aparatos son de tres clases. Los primeros, llamados declinómetros ó magnetómetros unifilares, están destinados principalmente á medir la declinacion absoluta . .Los restantes sirven particularmente para dar á conocer fas variaciones de la intensidad magnética del globo: los unos, llamados magnetómetros bifilares, dan á conocer la componente horizontal; los otros, llamados magnetómetros-balan1a, la componente vertical. Declinómetros.-El declinómetro de Gauss consiste en un barrote imantado (fig. 66) suspendido por un cordon / de 200 hilos de seda sin torcer, que se arrolla á un cilindro fijo en el techo, sobre la traza del meridiano magnético. El iman descansa en un estribo de cobre muy delgado a e, dispuesto, como se vé, en la seccion transversal E, de modo que el iman pueda colocarse de canto ó plano en él. Provisto el estribo de tornillos de presion v, lleva una especie de asa e r a que apoya en un círculo dividido r r ,, sostenido por el hilo de suspension f, y por medio del cual es fácil

hacer desaparecer la más insignificante torsion que pueda haber. Un pivote, que atraviesa el asa con roce, lleva un tornillo de reloj~ro e e', á que está unido el hilo de suspension. El iman lleva una barra de madera D D, de la cual cuelgan, en puntos y á distancias variables, unos pesos de 500 gramos P, P, para aumentar con ellos el momento de inercia del sistema oscilante. Para observar los más pequeños cambios del iman se emplea un espejo m · fijado normalmente al barrote, y en el cual se vé, por reflexion, una regla horizontal dividida, colocada al pié de un teodolito y cuya imágen se observa con el anteojo de este instrumento. El barrote imantado no se encuentra casi nunca en reposo; el más insignificante movimiento vá acompañado de oscilaciones continuadas indefinidamente, en particular si se quieren observar cambios rápidos de declinacion. Para obtener la posicion de equilibriodel barrote, se observan dos posiciones extremas sucesivas, mientras verifica oscilaciones muy pequeña-s, y se toma la oscilacion media; pero si la declinacion varía, la amplitud ya no será la misma á cada lado de la posicion de equilibrio. En este caso, si llamamos T la hora para la cual se desea tener la . declinacion y t la duracion _5ie una oscilacion, se observará la posicion del barrote enlos instantes I

T-- t 2

+~ t 2

y se toma el instante medio. Por lo demás, el empleo del declinómetro requiere muchas precauciones, en cuyos detalles no debemos entrar. La fig. 67 representa el declinó metro construidó por Eichens. El iman, de .96 milímetros de longitud, está colocado en unos ganchos debajo de un espejo plano F paralelo al mismo, y está suspendido á un haz de hilos de seda sin torcer. Este haz está unido á una cremallera A que lleva un anillo graduado B. El iman oscila en el interior de una caja de cobre, cuyas gruesas paredes amortiguan las oscilaciones, por accion inductiva. Todo el aparato está contenido en una caja de cobre C C cerrada con cristales en el frente y detrás. Los movimientos del iman se .obs~r-

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

275

van c@n un anteojo (fig. 68), viéndose en el barra horizontal, colgada por dos hilos igua~ espejo F (fig. 67) la imágen ·de una regla di- les y fijo$ á distancias iguales de su centro de vidida colocada transversalmente debajo del gravedad. Esta barra permanece en equilibrio -anteojo (fig. 68), y se observa cual es la divisi los hilos son paralelos; mas si se la hace sion de la imágen que coincide con el hilo girar sobre un plano horizontal, los hilos pavertical del retículo de este anteojo. san á ser oblícuos, sube la barra y tiende, por Brújula de las variaciones de incUnaciori. consiguiente, á tomar su primera posicion. El -Las variaciones de la inclinacion en un esfuerzo que debe hacerse para retenerla se mismo lugar son muy insignificantes, por lo llama juer1a de dt'reccion. Se demuestra que -mismo se necesitan instn;imentos ·muy deli- esta fuerza es proporcional: 1. º al seno del cados para poder apreciarlas. La fig. 69 re- ángulo de desviacion; 2. º á la distancia de presenta el aparato construiclo para el Obser- los hilos ; 3. º al peso de la barra, que está en vatorio de Montsouris. La aguja S N apoya razon inversa de la longitud de los hilos. en un cuchillo, y sus cambios se observan por Supongamos ahorij que la barra esté sustimedio de dos microscopios A A', en cuyos tuida por un irnan y que _el plano de los hilos focos hay micrómetros de vidrio ; cada di- esté en el meridiano magnético ; el iman _pervision corresponde á una variacion de 1 mi- manecerá en equilibrio en este plano, su polo nuto en la declinacion. Estos microscopios l'l.Orte en direccion al norte, y si se le desvía están apoyados en un doble brazo ó balanza de él, su fuerza directriz se unirá á la de los hique se mueve sobre un círculo graduado C. los para volver á su primera posicion. Si el polo Otro círculo, EH, -sirve para orientar el apa- norte del iman se dirige al sud, existirá tamrato. La posicion del meridiano magnético bien equilibrio estable, siempre que la fuerza varía al igual que la declinacion; pero los directriz del iman sea menor que la del sistedesvíos, que no pasan nunca de 10 minutos, ma· de suspension, y sólo la diferencia de essólo pueden producir un cambio insenstble tas fuerzas ~erá la que obre para devolver su de 3 segundos en la declinacion. posicion de equilibrio al sistema. Por último, Va,rt'aciones de la componente horir_ontal. si el iman está colocado oblícuamente al pla-Las variaciones de la,, intensidad de esta no de los hilos paralelos, sólo habrá equilicomponente pueden deducirse de la desvfa- brio cuando el iman forme cierto ángulo con cion del declinómetro, producida por un iman el meridiano magnético, ángulo que depende convenientemente colocado. En la fig. 67 se de la fuerza directriz, y que, por consiguienvé una parte T T de una larga regla colocada te, varía con la intensidad del magnetismo eni .e l ,meridiano magnético, y por la cual terrestre. Gauss hace de modo que e!Jman corre un iman per.p endicularmente á dicha esté á poca diferencia perpendicular al meriregla. Pe la desviacion deducida por este diano magnético, para que esta última accion iman, se podrá deducir la intensidad por. me- .sea lo más eficaz posible. dio de la fórmula Hé aquí como está dispuesto el aparato: el iman A A' (fig. 70), que pesa algunos kilógraI M I mos, está colocado en una especie de estribo tang ~ 2 h Dª ' que lleva una placa de cobre provista de dos en la cual- D representa la distancia del cen- pequeños cilindros, alrededor de los cuales tro de la aguja al centro del iman; M, el mose arrollan los extremos de un alambre de mento magnético, del iman; h, la componente acero. Este alambre pasa por dos poleas situahorízontal de la fuerza terrestre. Para seguir das en el techo, para que la tension de las dos las variaciones, basta observar los cambios mitades verticales sea la misma. El ángulo del espejo F (fig. 67) en el anteojo (fig. 68). que forma el barrote con el plano de los hiMagnetómetro bifiUar.-Este aparato, delos, c1,1.ando son paralelos, se mide en el disco bido á Gauss, indica con una gran sensibili- dividÍdo C. Entre los dos cilindros está fijo dad las más pequeñas variaciones de la comun espejo vertical M susceptible de poderle ponente horizontal. Hé aquí, ante todo, el orientar segun convenga, en el cual se refleja principio en que descansa. Consideremos una la reg:la dividida situada al pié de un te(?dolito.

FÍSICA INDUSTRIAL

La más pequeña variacion de la componente horizontal_hace cambiar la p·osicion del iman, y es·tan extraordinariamente sensible el aparato,, que permite apreci~r

de esta in22,000 tensidad. ~ara poder comparar las observaciones éntre sí es indispensable que el estado magnético del iman no varLe, y se hace la correccion relativa á la temperatura. M agnetómetro-balanr_a. -- Este instrumento, ideado por Lloyd, indica las variaciones de la componente vertical. Un barrote imantado a a (fig. 71) está fijo al extremo de un cuchillo e e que apoya en upas piezas planas de ágata, susceptible de poderle subir por medio de la llave k que hace moverá la horql!lilla _t. Se coloca el iman en exacta horizontalidad por medió de un contrapeso en forma de tuerca, que corre sobre un tornillo tambien horizo.ntal fijo al cuchillo por el lado sud. Otra tuerca, que corne por un tornillo vertical, sirve para cambiar la posicion del centro de gravedad, que se .sitúa en el eje magnétiGo del iman. Dichos tornillos no se vén en la figura. El termómetro t sirve para compensar la influencia del calor; cuando la temperatura sube, el iman s~ debilita, y alargándose la columna mercurial desvía el centro de gravedad del sistema hácia el norte, compensando así la, fuerza magnética perdida. Los cambios de p0sicion del iman se o bservan por medio de dos microscopios de retículo, cuyas visuales se· dirigen á unas señales trazadas en sus dos extremos. Generalmente, en los observatorios no se miden directamente las variaciones de incli-naciont á causa de lo incierto de los métodos, deduciéndolas únicamente de las variaciones de intensidad de las componentes horizontal h :y vertical v de la. fuerza terrestre, empleando la fórmula tang t"=v: h. Aparatos regi"stradores.-Los aparatos que acabamos de describir están comunmente dispuestos de ·modo que registren sus prnpias indicaciones por medio de la fotografia .. Por ejemplo, al cuchillo e e del magnetómetro balanza (fig. 71) vá fijo un espejo esférico cóncavo m, frente del cual arde una llama r (fig. 72) provista de un tubo opaco qu_e, por

una hendidura p1Iacticada en él, deja pasar un haz de rayos luminosos ; este haz forma_ por reflexion un foco / que se dibuja en -una hoja de papel fotográfico aplicada á un cilindro que gira por un sistema de r~lojería. Para que dicho papel conserve la humedad se le éubre con un tubo de vidrio. Si el espejo está fijo, el foco trazará una circunferencia en el papel, y una curva sinuosa si el espejo cam,.. bia de posicion. L~s indicaciones del decUnó- metro· se registran del mismo modo, por medio de un pequeño espejo esférico fijo al iman debajo del punto de union del hilo de suspension ; pero en este -caso el cilindro giratorio afecta la posidon horizontal. En vez de hacer reflejar el haz luminoso di- · vergente por un espejo esférico, se le puede recibir en un lente que le concentra en un foco, lo cual es más ventajoso. Un pequeño espejo plano m' (fig. 71)recibeentonces oblícuamente el haz convergente que sale del lente y dirige el foco al cilindro cubierto COR papel fotográfico. La fig. 73 re-presenta un aparato construido por Salleron, el cual registra los movimientos de un iman horizontal suspendido por un hilo bastante largo. El espejo y el iman están-contenidos en una caja de cobre E; son paralelos, y el primero recibe la luz qué ha atraves-ado el lente, por una abertura cubierta con cristal, que la refleja al. papel sensible, Dos barrote.s iguales de hÍerro dulce/, /' hacen del apa-nito una brújula de vart"aclones de t"ncUnacion. Un aparato semejante, pero sin barrotes de hierro dulce, registra las variaciones de la declinacion. VARIACIONES DE LA DECLINACION. - La de·clinacion experimenta variaciones seculares y variaciones periódicas, anuales ó dt"urnas. Vart"aclones seculares.-Las primeras observaciones que pueden considerarse más exactas de la declinacion se hicieron en Inglaterra, ,en II76, y en 1580 en ·París, encontrándose los .resultados que indica el siguiente cuadro: Años ,

Declinaciones.

1580 1618 1666 1680 1700

12° 13' Este 8 ·º o o 2 40 ·Oeste 8 12

Años.

Dcclinaciooes.

1832

22° 3' 22 . 4 20 41 ·20 31 20 J 1

1835' 1848 1850 1854

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE de verano; el.extremo norte de la aguja reD eclinaci_pnes. Declinaciones . Años . Años. trocede hácia el este; durante los nueve me19' 16° 1858 19' 36º ses siguientes, la marcha general es hácia el 1767 1860 ' 19 22 20 35 . 1780 oeste; la amplitud en París es de 15 á 18 mi22 5 18 56 1 86 4 1805 nutos. Para establecer esta ley, se toman las 18 47 22 28 1865 18 13 declinaciones medias de las máxima y míni42 . _22 34 máx. 18 1866 1814 ma de cada día, de lo cual se deducen las de18 22 1868 1816 24 25 22 26 181,8 1871 17 56 clinaciones medias mensuales. El movimiento 22 l l 1822 1873 1_7 33 anual se observó en Lóndi:-es, en 1800, por 22 23 r824 1874 17 30 Gilpin, que halló un máxt'mo de declinadon 22 20 17 26 1827 1875 · hácia el equinoccio de primavera, y un míni22 12 1876 17 20 1829 mo, en el solsticio de v.e rano; pero aquí la Dicho cuadro sólo contiene un reducido nú- amplitud es mucho más pequeña que en París. Beaufoy encontró, de 1818 á 1820, la variamero de valores obtenidos en el Observatorio de París. Hasta mucho tiempo despues no cion mensual casi nula, en cuya época lo era se tomó la precaucion de invertir la aguja, y casi tambien la. variacion secular, por encon:... hasta 1862 no se operaba ni á las mismas ho- trarse cerca dela época del máxt'mo. En 1800, ras ni en .los mismos dias del año, de suerte la variacion secular era aún más débil que en que los resultados no están completamente . 17"86, de lo .cual dedujo Arago que la aµipliexentos de la ·influencia de las variaciones tud de las variaciones an.uales aumenta y dis- _ mi¡.mye al mismo tiempo que la extension del diurnas y anuales. Se vé que la declinacion oriental, al princi- movimiento secular. Variact'ones diurnas de la -declt'1J,act'on.pio, disminuyó en Pai:ís hasta 1666, época durante la cual Picard la, encontró •nula ; al En Europa, el extremo norte de la aguja volverá ser occidental, aumentó en seguida imantadas~ dirige al oeste, á partir de lasahasta 1814, ,yendo en conthrna disminucion lida del sol hasta la una ó las dos, y ·vuelve á tomar su primera posicion hácia las diez; ~e despue:,. En Lóndres, la declinacion era de II º 15' al la noche . Se vé, ,pues, que la mayor desviaeste, en r576; de 1657 á 1662 fué nula, y al ~er · ~ion hácia el oeste se verifica durante las hooccidental, alcanzó su máximo de 24° 36' en ras de mayor calor. La .amplitud_de estos movimientos es muy pequeña, y distinta de un 1800. En 183 1 era sólo de 24°. Como ejemplo de las variaciones seculares dia á otro; alcanza á veces de 20 á 25 minutos en el hemisferio austral, citaremos las obser- y otras apenas pasa dl 5 á 6 µiinutos. Tamvaciones del Cabo. E~ 1605, la declinacion biem. depende de la aguja imantada que ,se era de oº 31' al este; fué nula de 1605 á 1609, émplea. Variact'ones d furnas en vari()s pat'ses.- La y al ser occidental, alca.nzó su máximo de . amplitud de las variaciones es tanto más pe25° 40' en 1791. De las variaciones seculares resultan los desplazamientos de las líneas queña cuanto más se aproxima al ecuador magnético . Así, en la isla de Rawak, la desisogónicas. viaciones sólo de 3 á 4 minutos. Las curyas Variact'ones anuales. - La declinacion ex- · perimenta, cada año, variaciones periódicas, de la fig. 74 dan una idea de las amplitudes descubiertas en 1786 por Cassini. ~arece que de las variaciones diurnas en Hobartown, dependen de la postcion del sol sobre uno ú H H ; Toronto, T T ; el Cabo, C C y Santa otro lado del ecuador. Los cambios de tempe- Elena SS. LEYES GENERALES DE LAS VARIACIONES PERIÓratura de la ag-uja no .influyen en ello para nada, puesto que los , resultados son los mis- DICAS DE LA DECLINACION.- C0mparando el mos en la oscuridad de los sótanos del Obser- P. Secchi el sinnúmero de resultados obte-. vatorio de París, cuya temperatura es fija. Hé nidos en los observatorios mag-néticos, prin• aquí estos resultados : durante los meses de cipalmente en los ingleses y los rusos, resulabrt'l, mayo, junt'o y jult'o, cor_nprendidos en- tados ordenados y publicados por Sabine y tre ~1 equinoccio de primavera y .el solsticio . Kupffer, llegó á f9rmular las leyes sigu~entes: \

•

FÍSICA INDUSTRIAL

Las variact'ones diur nas de la declinacion siguen en cada lugar el tt'empo ·local; luego, están en relacion con la posicion del sol, como ya se ha comprobado en .Europa. El polo de la aguja qne se dirige hácia 2 .º el paralelo que describe el sol, verifica una doble excursion diaria: unas 4 6 5 horas an'tes del mediodia, dicho po1o se encuentra al máximo de distancia del meridiano magnético hácia el oeste; de allí se dirige hácia · el este con una velocidad creciente que alcanza su · máximo á poca diferencia en el instante en que el sol pasa por el meridiano magnético. Una ó dos horas despues, se para la aguja para volver hácia su punto de partida hasta la puesta de sol. ' Durante la noche, al pasar el sol por el meridiano inferior, se repité· la misma oscilacion, pero con menos amplitud. Las horas ·límites cambian segun las estaciones, adelantai+do generalmente en verano y retardando en invierno. Las amplitudes son á poca diferencia proporcionales á _los arcos recorridqs por el sol durante el dia y la noche por el paralelo que describe, lo cua1 está representado por las ·curvas de la fig . 22, que représentan las m edias variaciones diurnas de la declinacion, relativamente á las localidades situadas á latitudes distintas . De la segunda ley resulta que los movimientos de uno de los polos de la aguja en un hemisferio son los mismos que los del otro polo en el hemisferio Qpuesto ; ó bien que el polo norte de la ag uja verifica movimientos inversos á las mismas horas y en el mismo mert'diano, en los dos hemisferios, como lo demuestran las curvas TT y HH (figura 22). Magdonald babia ya observado esto y Ara·go dedujo que debe forzosamente existir una línea sin variaciones diurnas, cerca del ecuador. Esta línea no se ha determinado aún, y sólo se sabe que no se confunde ni con el ecuador·geográfico ni con el ecuador magnético. Como las horas límites dependen de la posicion del meridiano magnético, serán distintas en los lugares que no tengan igual declinacion. Tambien dependen de la declinacion del ·sol, y varían ; por consiguiente, en las .v arias.épocas del año. 1 .º

•

3. º · Las variaciones o bsei:vadas son una combinacion de las que-dep~mden de la posicion horaria del sol, y de las que dependen de su declinacion ó distancia al ecuador, y constituyen la variacion anual. Se reconoce la influencia de la declinacion del sol construyendo la curva pa'ra dos declinaciones opuestas. La fig. 23 representa las curvas medias de las variaciones diurnas durante el verano y durante el invierno en Santa Elena. Las curvas son opuestas por pasar el sol por uno y otro lado def paralelo de esta isla. Si el lugar no está situado entre los trópicos no habrá oposicion en los resultados y sí solamente cambio en la amplitud. Por ejemplo, la curva media en. Toronto es m (fig. 24), la de verano es E E, y la de invierno H H; el paso de una de estas curvas á otras se resuelve bruscamente cerca de los equinoccios. VARIACIONES DE LA INCLINACION. -Al igual que la declinacion,Ja inclinacion experimenta variaciones seculares, anuales y diurnas; pero en general, mucho más pequeñas. Desde 1671, época en que se_principiaron las observacion~s en París, la inclina<;ion ha ido disminuyendo constanteme1;1te, como se vé en el -siguiente cuadro: Años.

Inclin_acioncs.

Años.

167 1 1 754 1776 1780 1791 1798 1806 1810 18 16 1820 1824 1826 1831 1835'

75° º ' 72 15 72 25 71 48 70 52 69 51 69 12 ~ , 68 5.º 68 40 68 20 68 7 68 o . 67 41 67 24

1839

184 1

1849 185 1 186 2 1863

1864 1865 1866 1,867 1868 1869 1875 1876

Inclinaciones.

67º 13 1 67 9 ' 66 44 . 66 25 66 5 66 º'9 1 65

1 2

' 65 58 65 54 65 47 65 45 65 44 65 37 65 36

De las observa~iones hechas en Lóndres á partir de 1720, resulta que la inclinacion ha ido disminuyendo igualmente . . De las v-aríaciones de la inclinacion resultan los desplazamientos · secu:lares de las -líneas isóclinas y del ecuador, magnético. Los cambios de posicion de ~sta- última línea .pue-

• I

DISTRIIfüCJON DEL MAGNETISMO TERRESTRE

den servir para calcular -las :variaciones 9-e la inclinacion en un mismo lugar, por medio de la fórmula 2

tang A =tang l.

El valor de A, para un mismo lugar, varía cuando el ecuador magnético se desplaza; así I debe variar tambien, y se podrá calcular su valor por esta fórmul¡1, suponiéndola exacta para la latitud c0n'Sid~rada. Arago y Humboldt, encontraron igqalmente, partiendo.del movimiento del ecuador mágnético, 9-!:l 1778 á 1820, una disminucion de· 5 minutos por año en la inclinacion, y sólo de 3' 5 minutos, con relacion á los años comprendidos entre 1820 y 1855. . VARIACIONES PERIÓDICAS DE LA INCUN:ACION.

-Las variaciones dnuales de la inclinacion las estudió principalmente Hansteen y, to: mando las medias de u·n gran número de observaciones, dedujo . que la inclinacion es de uhos 15 minutos mayor en verano que en invierno. Este mismo observador estudió varias ·variaciones d_iurnas, y encontró ,que la inclinacion es de 4 á 5 minutos mayor antes del ·medio dia que.desrues. Deduciendo las inclinaciones de las íntensidades de las componentes horizontal y vertical, el' P. Secchi observó qué, por .lo general, las variaciones diurnas de la inclinacion siguen fases análogas á las. de la dedinacion, pero con un adelanto de tres horas. En los observatorios magnéticos se estudian las variaciones de, los componentes hori7,.ontal y vertt'cal . . De sus observaciones deduce_ el P. Secchi · las leyes generales siguientes: · · r. ª El magnetómetro bifiliar está sometido á una variacion horaria que ,es .la resultante de dos variaciones elementales, diurna la una y semidiurna la otra. La amplitud de la variacion de intensidad semidiurúa aumenta con la latitud, y es nula en el ecuador. Las fases por que pasa dependen de la distancia angular del sol al meridiano magnético. En las estaciones de latitudes medias, la curva que representa las variaciones del magnet6metro bifiliar es semejante á la del declinómetrn, mas con un retardo de seis horas. El período semidiurno está indicado apenas

en Santa Elena, y es tanto más perceptible cuanto más elevada sea la latitud. 2.ª Las variaciones de la componente vertical siguen los mismos períodos que las de la. componente horizontal, con la diferencia de que las máximas de la una corresponden, en general, con las máximas de la otra, y recíprocame_nte. _ F1!,er1a total.-De las componentes horizontales y verticales se deducen las -fuerzas magnéticas totales; pero las leyes q u~ siguen estas últimas son poco conocidas, por el es- . caso número de observaciones practicadas, en particular cerca del ecuad.or, y además, parece ser que las circunstancias locales ejercen una gran influencia en ello. Sin embargo, se ha observado un .período semidiurno en Toronto, cuyo máximo principal tiene lugar á las cinco; el mínimo principal tiene lqgar á las- 1 5 y 16 horas, el segundo máximo de las 18 á las 2-0 horas y el segundo mínimo de las .22 á las 25 horas. En el Cabo las vari.acione~ son á poca diferencia ' complementarias de la declinacion. Hansteen, que había observado en la .componente horir_oJJ,tal un mínimo hácia las once de la mañana, y un máximo hácia las cinco de la tarde, y variaciones en las intensidades medias de uno á otro mes, teniendo lug~.r el mínimo .en. mayo y junio y el m.á ximo hácia los equinoccios, atribuye estos resultados á las variaciones diurnas y mensµales de la inclinacion, de que depende la co~pon!;lnte;·df: suerte que la intensidad .~ l glpbo no experimenta.ria variaciones diurnas y anuales sensibles. Est~ opinion está confirm~da por la cir-: · cunstancia de que las variaciones de las componentes horizontal y vertical se verifican en sentido invers.o . PERTURBACIONES DE LA AGUJA IMANTADA.-

La aguja imantada experimenta muy á menudo desviaciones accidentales, sensibles en particular en la aguja de declinacion, la ClJal al cabo de algunas horas vuelve á su primera posicion. Estos movimientos de desviacion casi nunca pasan de un grado. Entre las causas que los producen se citan los temblores d~ tierra, las erupciones volcánicas y las auror~s boreales. Pocas son las observaciones que se . han hecho relativamente á las dos primeras caus.a s, que, por lo demás, sólo se dejan sen-

FÍSICA INDUSTRAL

tir á poca distancia. Citaremos solamente la siguiente: Colocó Marmet, en Marsella en 19_ de mayo de 1866, un pequeño iman sobre una punta y le vió oscilar bruscamente vertical y horizontalmente sin causa aparente, y 14 minutos despuf:S, se verificó un temblor de tierra. Influencia de las auroras boreales. - La coincidencia entre las auroras boreales y ciertos movimientos de la ·aguja imantada, íué observada -en 1740 por Celsiús Hiorter. En la Meteorología trataremos con la debida extension de la aurora boreal; por de pronto diremos que se manifiesta en la atmósfera, hácia el -polo, y generalmente, en forma de arco difuso, que se vá' extendiendo poco á poco, desarrollando inmensos haces de rayos animados de movimientos más ó menos rápidos. Durante el fenómeno se desvía la aguja de declinacion, hasta en· los países en donde no es visible el fenóme, no, de suerte que, observando bien la aguja se puede anunciar con segutidad la presencia de una aurora boreal. La desviacion es de 20 minutos á lo más en nuestros climas; cerca de los polos, es mayor aún, y el •fenómeno es tambien mucho más brillante. Se ha observado que el punto culminante del arco, se halla en'. el meridiano magnético de la aguja considerada, y el centro de una corona que se forma á menudo en la parte opuesta del arco, en la prolongacion de la aguja de inclinacion. La aguja permanece bastante tranquila cuando el arco luminoso se presenta inmóvil; pero cúando se presenta fulgurante, despidiendo ·intensos rayos, entonces oscila de algunos grados á veces, y tanto más, cuanto más brillante es el meteoro. Si este presenta una luz incierta y difusa, no se agita ó se agita muy poco. Por lo regular, la declinacion varía anticipadamente, anunciando así el fenómeno; y otr;s veces, principia á cambiar al-' gun tiempo despues de la formacion del arco luminoso. Segun las observaciones de Gauss y Weber, hechas con el bifiliar, la intensidad horizontal experimenta generalmente variaciones accidentales semejantes en extension y en frecuencia á las de la declinacion. · Tempestades magnétt'cas.-Las perturbaciones que no dependen de las anteriores ...

causas, sólo se conocen desde que se establecieron los observatorios · magnéticos, en los cu_a les se observan regularmente los movimientos de la aguja imantada. Los aparatos de Gauss son los que han hecho apreciar que el ·magnetismo terrestre se encuentra en un estado continuo de fluctuacion, como las olas del mar, resultados que se desconocían cuarido se empleaban las agujas de poca potencia. Por esto es' que, cuando se estudian las variaciones diurnas, anuales y seculares, par·a que desaparezcan las anomaHas, deben calcularse Jas variaciones medias de un gran número de observaciones. Otro fenó.meno muy notable es ia simultaneidad frecuente, en..los países más apartados de las perturbaciones accidentales conociaas con el nombre de tempestades magnétt'cas. Por ejemplo, · Sabine cita una tempestad magnética, que se dejó sentir simultáneamente en Toronto, en. el Cabo, en Praga·y ~n VanDiemen, siendo tal esta coincidencia, que con ella podía determinarse la diferencia de longifud de las estaciones. Ya Arago, que desde 1820 habia instituido observatorios horarios en Paris, pudo observar lo mismo, comparando luego estos ressultados con los obtenidos en los misqios instantes en Kazan. Humboldt · y Oltmanns comprobaron en 1816 la existencia de las tempestades magnéticas, que se sucedían á las mismas horas durante varias noches consecutivas. Existen tambien perturbaciones locales, que sólo se extienden á pequeñas distancias. Humboldt cita un caso que se manifestó en las minas de Sajonia sin que sé sintiera (;ln Berlin. Otras tempestades magnéticas observadas simultáneamente de.sde Sicilia hasta Upsal, quedaron desapercibidas desde Upsal á Al· tona. Para estudiar estos fenómenos y determinar la parte que corresponde á las influeI1cias locales, fijaron Gauss y Humboldt épocas durante las cuales se sigue la marcha de los aparatos de .un modo casi contínuo, en los varios observatorios que forman parte de la union magnética. En · el día se adoptan seis épocas ó pla1os de observacion, de 24 horas cada uno, du-

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE

rante las cuales se observa de 3 en 3 minutos. Un sumario especial, principiado por G~uss y Wiber, permite conocer cada año los resultados obtenidos, trazan la carta gráfica, y dán la descripcion de los. aparatos nuevamente instalados, ó las modificaciones de detalle que puedan haber recibido. Del número considerable de observaciones registradas, resulta que las perturbaciones son menos aéentuadas en las latitudes bajas que hácia el norte. Por ejemplo, el 30 de junio de 1836, existió una notable anomalia que dió 6 metros de desviacion en Batavia, 12 minutos enMilan, 13'5 enMunich, r6enLeipzig, 2oen Malbourg, 26 en Grettringe y 29 en La Haya. Relact'on con los movimientos atmosjéricos. - Las perturbaciones magnéticas que no depe'nden de las auroras boreales han permanecido durante mucho tiempo sin explicacion. Pero se ha reconocido que dependen de los grandes movimientos atmosféricos, particucularmente de los ciclones. Kaemtz observó una relacion entre la declinacion y la direccion del viento, y Marie-Davy ·comprobó despues la existencia de perturbaciones atmosféricas poco apartadas, durante las tempestades magnéticas, las cuales alcanzaban prontamente la estacionen donde se observaba. Tambien observó el P. Secchi otras coincidencias semejantes, y son tantos hoy dia los elementos de que se dispone sobre este particular, que es fácil predecir una tempestad procedente del Atlántico, siempre que la aguja imantada se agite con movimientos irregulares. Hipótesis relativas á las leyes del magnetismo terrestre.

cion ns. Se vé que una aguja imantada situada en er meridiano neis, que contiene los dos ejes mm' ns, se dirigirá al plano de este meridiano, y será por consiguiente una línea sin declinact'on. Pero, si la aguja está situada en un punto D, fuera del meridiano neis, se dirigirá hácia el plano m D m ', y por consiguiente formará con el meridiano n D s que pasa por el punto D un ángulo de declinacion m D n . Los puntos m, m', en donde la direccion a a' encuentra la superficie de la esfera, son los polos magnéticos. Se vé, en efecto, que en estos puntos la aguja deberá dirigirse segun mm', es decir, verticalmente. Sí trazamos el círculo máximo i i' perpendicular á a a', obtendremos el ecuador magnético. Partiendo Biot de esta hipótesis, determinó las fórmulas que ligan la inclt'nact'on y la intensidad con la latitud magnética. Para encontrar estas fórmulas, sean A y B (fig. 78) los centros magnéticos, o e el ecuador magnético, y A= e m . la latitud magnética de un punto m, cuyas distancias á los centros Ay B son a y b, y por último, l la distancia A o o B, muy pequeña con relacion al radio r del gl9bo, y cuyas potencias despreciaremos con relacion á r. Si representamos por l la accion de cada uno de los centros A y B, á la unidad de distancia, sobre uno de los polos de una aguja imantada, las acciones ejercidas cuando esta . t , , I I aguJa se encon rara en m, seran b' y-a',

la primera a·tractiva y la segunda repulsion. Llamando V la suma de las componentes verticales de estas fuerzas, y H la suma de sus componentes horizontales segun m h, la inclinacion I y la intensidad i, se obtendrán con las fórmulas:

Hemos visto anteriormente, que considerando Gilbert la tierra como un iman, explicó en conjunto las acciones ejercidas por el tang l= V: H i• H• V•. globo sobre los imanes y sobre el hierro. Estudiada despues detalladamente la distribuBusquemos pues los valores de las compocion irregular del magnetismo terrestre, se nentes V y H. procuró definir los resultados de las observaLas fuerzas I : b' y · r : a• tienen por comciones y particularmente las variaciones de la ponentes horizontales: declinacion de un lugar á otro. La hipótesis 1 más sencilla consiste en suponer, con Euler, - I cos B m h - cos a. m h ~ b• a• que en el interior del globo existeu dos centros de accion magnética a, a' (fig. 77), si- y por componentes verticales: ~ (r). tuados á cada lado del centro, en un mismo I I b' sen B m h - 7 sen a. m h diámetro mm' oblículo á su eje de rota-

= +

Fis1cA IND.

II.-?6

FÍSICA INDUSTRIAL Falta conocer los ángulos y las distancias a y b, en funcion de Ay der. Busquemos primeramente la distancia A m = a. El triángulo Amo dá·:

a' =

z•+ r' -

r l cos A o m = l' + r• +

r l

sen ,t sustituyendo A o m por A o m - 90º, y despreciando l•, resulta :

= r' +

r l sen A

de donde I

de donde: I

= ··;:•+-;;Tseñ"Y =--;:¡- (r' -

2r l sen )-) (2)

ejecutando la division, y despreciando los términos que contienen las potencias de l: r. · Dando el signo negativo á l, se tendrá igualmente : b' = r' - 2 r l sen A

+ 2 r l sen A).

Para encontrar el valor de cos B m h = sen o m B, consideremos el triángulo o m B. Este triángulo dá : sen o m B : l = cos A: b y tendremos : b' = r' -

¡jo = --¡x (r'

l r sen A= (r - l sen A)'-l• sen' A

ó lo que es lo mismo:

b=r-l sen A.

Efectuando la division y despreciando los términos que contienen las potencias del: r, resulta:

l cos A = ..!:..... cos ), sen o m B = cos· B m h = l cos A = b r - l sen A r

sen Bmh =

-cos' ~mh

Dando el signo negativo á l se obtiene igualmente: ,

. V

z·

1 --

cos' A=

(4)

interior da á comprender el conjunto de los fenómenos que se resuelven, pero no explica las irregularidades producidas por la cos -a. m h = - cos A distribucion del magnetismo en la superficie (6) . rl de la tierra. Así, el ecuador magnético, las sen a.m h = 1 • líneas sin declinacion, isóclinas, isodinámiSustituyendo los valores (2), (3), (4), (5) y cas, debe,r:ian ser círculos, y ciertamente no (6) en las fórmulas (1), y haciendo las sumas lo son; además estas curvas se desplatan; de las componentes horizontales y verticales por cuyo motivo pueden atribuirse sus irreH y V se encuentra : gularidades á la falta de homogenesidad del iman terrestre. Lahire ha hecho un expeH = 2 r l cos A rimento muy curioso que demuestra la inV= 4r l sen A fluencia de esta causa. Talló en forma de de donde: esfera un iman natural de 50 kilo_s de peso, determinó su ej~ magnético, y observó que V una pequeña aguja imantada qúe colocaba tang I = H = 2 tang en varios puntos de su superficie, muchas veces no se paraba en el plano del eje y se i' = H· + v· = 4 r' l' cos' A+ 16 r' z· sen• A desviaba hácia uno ú otro lado, de 26 grados i = V _1 3 sen' ,t Y á veces. tomando por unidad la intensidad 4 r' l' que Mayer, en 1760, suponia que el eje de los corresponde á A= O. centros magnéticos a, a' (fig, 77) no pasaba lRREGULARIDADEs.-La hipótesis de un iman por el centro del globo y se encontraban

DISTRIBUCION DEL MAGNETISMO TERRESTRE aquellos á una distancia de este punto igual globo . .IEpinus le suponia fijo, pero admitía á la séptima parte del radio. que el fluido magnético se movia poco á poco Hansteen supone cuatro centros que foren su interior. man dos imanes cortos y desiguales, de lo Para explicar las variaciones diurnas de la cual deduce los cuatro polos magnéticos que declinacion, Duperrey observa que la aguja es consideraba en la superficie del glol;,o. perpendicular á la línea isodinámica sobre Biot considera, juntamente con los centros que se encuentra. Como el calor hace dismiA y B (fig. 78), un tercer centro, ó especie de nuir la intensidad magnética de la tierra, capunto consecuente situado debajo de los ar- lentada de oriente á occidente por el sol, la chipiélagos del mar del Sud, y mucho más línea no dinámica de nuestro emisferioaumendébil que los otros dos. Los resultados que ta hácia el norte, principiando por el este de obtiene concuerdan bastantemente con los la estacion; y, para que la aguja le sea norobtenidos por la observacion. mal, es necesario que su extremo norte avanGauss publicó una teoria matemática muy ce al oeste. Cuando el sol ha pasado del menotable, en la cual rechaza la idea de uncen- ridiano, el suelo s·e enfria al este de la aguja tro de accion, y considera cada parte del globo y se calienta al oeste, en donde se forma el conteniendo magnetismo libre que obra sobre aumento, y la aguja vuelve á su sitio. En el cada punto de la superficie. Establece fórmu- hemisferio austral, los movimientos son inlas y con ellas obtiene la resultante de todas versos, por aumentar la curva isodinámica las acciones ejercidas sobre un punto dado. hácia el polo sud. Cerca del ecuador magné..., Los cálculos numéricos que aplicó á 91 loca- tico, ó mejor, de la línea de intensidad mínilidades dieron resultados de acuerdo con las ma, la sucesion de los movimientos depende observaciones. Gauss atribuye á cada octavo de la estacion, seguñ se encuentre el sol al de metro cúbico de la tierra, una fuerza mag- norte ó al sud de la estacion. El período nocnética igual á la de un barrote de acero iman- turno se explicaria del mismo modo por el tado de medio kilógramo de peso. aumento de las líneas isodinámicas hácia el MAGNETISMO DÉ LAS ROCAS.-En esta teoria ecuador, á causa del aumento de intensidad las irregularidades en la distribucio~ del mag- debida al enfriamiento. netismo se atribuye á las atracciones locales; En cuanto á las perturbaciones, probableatracciones que existen, en efecto y añade mente se deben á una distribucion irregular Melloni que la mayor parte de las rocas vol- y accidental del calor. cánicas son magnéticas. Se conocen colinas, Las variaciones magnéticas dependen de la y pequeñas montañas ó promontorios que, posicion del sol. Biot creia poderlas explicar como los imanes, tienen polos y una línea suponiendo que el sol obra como un iman neutra. Humbold cita una, la de Heidelberg, poderoso muy apartado. El P. Secchi admitió cerca de Zell, en direccion de S-O á N -0, y desarrolló esta hipótesis, completamente cuya vertiente S- E posee las propiedades del inútil, puesto que acabamos de ver que el capolo norte de un iman, y la vertiente N - O, lor solar basta para explicar los fenómenos. las del polo sud. La accion sobre la aguja Sabine, Gautier y Wolff observaron una imantada se deja sentir á 8 ó ro metros. La semejanza singular entre un período casi demontaña está formada por capas paralelas á cena! encontrado por Schwabe en la frecuensu eje longitudinal, y la roca que la constitu- cia de las manchas solares, y un período ye contiene partículas de hierro oxidulado, semejante establecido por Lamond en la amfáciles de separar pulverizándola y ·r emovién- plitud de las variaciones diurnas de la declidola con un iman. En algunos puntos estas nacion. Mas, remontándose Brun hasta las partículas de hierro son visibles á simple observaciones magnéticas de Cassini, princivista. piadas en 1783, demostró que los dos períoEXPLICACION DE LAS VARIACIONEs.-Para ex- dos distan mucho de ser iguales y difieren en plicar las variaciones regulares, Halley su- más de seis meses. ponia la existencia de un núcleo magnético Para terminar Jiremos que, comparando que gira muy lentamente en el interior del un gran númer'? de observaciones de Sabine

FÍSICA INDUSTRIAL

en Toronto y de Kreil, las posiciones de la luna ejercen una ligera influencia sobre los tres elementos del magnetismo terrestre . De esta influencia, la mayor, relativa á la declinacion, pasa apenas de 38 minutos, y presenta dos máximos y dos mínimos durante los 29 dias y medio del mes lunar. Desde luego, ya no se trata aquí de acciones caloríficas, y se vé el efecto del magnetismo terrestre sobre la luna, que reacciona nuevamente sobre el magnetismo del globo, al igual que 1.;m pedazo de hierro dulce-inducido por un iman que reacciona luego sobre este último.

Segun se desprende de este sinnúmero de hipótesis con que se :tia pretendido explicar las particularidades del magnetismo terrestre, vemos que la cuestion dista mucho de estar resuelta. En el electro-magnetismo veremos como se explican naturalmente estos fenómenos por los movimientos de electricidad sobre la tierra y en su atmósfera. En esta nueva teoría, las fluctuaGiones y los cambios continuos del estado magnético del globo se conciben fácilmente, y se relacionan bien con la extraordinaria mobilidad del agente eléctrico.

..-

LIBRO UNDECIMO ~==-ELECTRICIDAD ESTÁTICA

CAPÍTULO . PRJ-MERO Desarrollo de la ele_ctricidad por el frotamiento y teorias eléctricas.

n:\

EFINICION HISTÓRICA.-Laelectri-, habiayaobservadolapropiedadque adquiere ~\ ct'dad es un agente físico pode- el ámbar amarillo frotado de atraer los cuer~ "{ roso, que se manifiesta por fe- pos ligeros. Hablando de esta substancia dice ~ nómenos singulares y variados, Plinio: «cuando el frotamiento le ha comuni~- '-) llamados fenómenos elect-,,icos. cado el calor y la vida, atrae las briznas de Entre estos varios efectos, unos paja, corno el irnan atrae el hierro. A esto se se atribuyen á un estado partí- reducian únicamente los conocimientos de los cular de equilibrio de la electri- antiguos sobre la electricidad. A fines del sicidad, y los otros á un estado particular de glo xv1 fué cuando Gilbert, médico de la movimiento, llamado corriente eléctrica. El reina Isabel de Inglaterra, llamó la atencion conjunto de las leyes relativas á la primera ·de los físicos sobre las propiedades del ámbar categoría de estos fenómenos eléctricos cons- amarillo, haciendo ver tambien que otras rnutituye la Electricidad al estado estático (ó en chas substancias pueden adquirir igualmente reposo), llamada simplemente Electricidad la propiedad atractiva por el roce ó frota- · estática; el conjunto de los otros fenómenos miento. Dado el primer paso, los descubríconstituye la Electrt"ci'dad al estado dinámico rnientos se sucedieron numerosos y rápidos; (ó en movimiento), y se la llama sirnpl~rnente asi, los iremos exponiendo por órden cronoElectrt'ct'dad dinámt'ca. lógico, que es el que lógicamente concuerda Estudiaremos en primer lugar la primera. con el de los prjncipios fundamentales de Las principales causas que desarrollan la toda la electricidad. electricidad son el roce, la presion, las accioPRIMER CASO GENERAL-DESARROLLO DE LA nes químicas, el calor, el magnetismo y la ELECTRICIDAD POR FROTAMIENTo.-Muchas son electricidad en sí. Sus efectos principales se las substancias que, cuando se las frota con manifiestan por atracciones y repulsiones, un paño ó con una piel de gato, adquieren por fenómenos luminosos ó caloríficos, por la propiedad de atraer los cuerpos ligeros, taconmociones más ó menos violentas, por les como barba&de pluma, hebras de paja, etreacciones químicas . cétera (fig. 1). Esta propiedad , descubierta Thales de Mileto, 600 años antes de J. C., • primero en el ámbar amarillo, se extiende ?

1;¡

FÍSICA INDUSTRIAL

despues al lacre, á las resinas, á la gutapercha, al azufre, al vidrio, á la seda, á la ebonita ó ca uchú endurecido . Con ella es fácil definir la electricidad. Los cuerpos que adquieren esta propiedad sellaman electrh¡_ados, y la causa desconocida del fenómeno eléctrico se llama electricidad. Un cuerpo sólido puede electrizarse tambien frotándole con un líquido ó con un gas. Así, en el vacío barométrico, el movimiento del mercurio electriza el vidrio ; un tubo vacío de aire, en el cual se introduzcan algunos glóbulos de mercurio, producirá luz en la oscuridad si se le agita. En cuanto á los gases, observó Wilson que una corriente de aire dirigida sobre una turmalina, sobre vidrio ó sobre una resina, electrizaba estas substancias, y Faraday observó despues que el efecto eléctrico no se produce más que en el caso de ser húmedo el aire ó tenga polvo seco en suspension. Pasando la mano por la superficie de un cuerpo frotado desaparecen las propiedades que le habia comunicado el frotamiento . · Para experimentar, se aproxima simplemente el _cuerpo frotado á los cuerpos ligeros, colocados en..una mesa (fig. 1), ó bien se emplea el péndulo eléctrico (figs. 3, 4, 5) formado por una bola de médula de sauco colgada de un hilo. Tambien se emplea la ag uja eléctrica (fig. 2), que no es más que una balancita móvil sobre una punta y terminada en dos bolas metálicas. Estos varios instrumentos reciben el nombre de electróscopos. Otto de Guericke experimentó con globos de vidrio ó de azufre, que hacia girar rápidamente sobre sí mismos, mientras que un ayudante aplicaba las manos á su superficie para ejercer_ un frotamiento enérgico ; con esto realizó, puede d.ecirse, la primera máquina eléctr ica. Desde entonces, los ex perimentos se multiplicaron, y pudo descubrir Otto de Guericke la chispa eléctrica que surje de un cuerpo electrizado al aproximarle el dedo. Boyle observó que las atracciones parecen ejercerse á través de los cuerpos, por ejemplo, á través de las paredes de una campana (fig. 2). Newton ·habia ya observado que una placa de yidrio frotada por una cara atraía por la otra.

Boyle observó tambien que los cuerpos frotados parecen luminosos en la obscuridad y esparcen un ligero olor, que comparaba al del fósforo ó del ácido nítrico. Demostró que el ámbar atrae en el vacío imperfecto, y que .un cuerpo electrizado es atraído por un cuerpo al estado natural; con esto entrevió el principio de la igualdad de la accion y de la reaccion que Newton desarrolló despues . Observa Dufay que todos los cuerpos son susceptibles de electrizarse por el frotamiento, siempre que se tome la precaucion de re.tener los que son buenos conductores por medio de substancias no conductoras. Así, se podr~ electrizar un cilindro de metal si está separado de la mano por un tubo de vidrio. Desde entonces se hicieron ensayos para electrizar toda clase de cuerpos, hasta los de los animales. Simpson electrizó un gato, pasando · la mano por su espalda ; los pelos se herizaron, eran atraídos por la mano, y, en la obscur~dad, en tiempo seco, cada friccion iba acompañada de un débil resplandor. Los cabellos largos, particularmente los rubios, se electrizan por el paso del peine, produciendo un resplandor muy claro. Brydone consiguió acumular en dos conductores suspendidos de unos. hilos de seda, la electricidad producida en un gato. Sacó chispas de dos personas, situadas sobre bloques de resina, que se oponían á la pérdida de electridad, y de las cuales la una peinaba á la otra, que hacia muchos meses no se había puesto ni polvos ni pomadas. Anteriormente, ya Gray había transmitido el fluido eléctrico de un boc de resina al cuerpo de un niño recostado sobre cintas de seda tendidas horizontalmente, y observó que sus manos atraían los cuerpos ligeros. Dufoy excitó tambien la admiracion general sacando chispas del cuerpo de un individuo colocado del mis.m o modo. Cuando el aire es muy seco, la electricidad puede presentarse de un modo sorprendente. En Nueva York, se electrizaron personas que caminaban sobre alfombras de lana, hasta el extremo de producir chispas tocándolas con cuerpos buenos conductores. Colladon vió , en varias hilanderías de Mulhouse, que por el frotamiento de las mechas de algodon co11 los anillos metálicos de las máquinas, se producía mucha electricidad; si

DESARRRóLLO DE LA ELECTRICIDAD POR EL FROTAMIENTO Y TEORIAS ELÉCTRIGAS 287 el aire era seco, esta electricidad se conserva- el más sencillo es el péndulo eléctrico (figuba, 1 los filamentos que flotaban por el aire ra 3). Consiste en una bolita de médula de se reunían formando penachos en las partes sauco suspendida por un hilo de seda á un salientes de los telares. En las fábricas se ob- soporte de pié de vidrio. El carácter de la serva á veces que el roce - de las correas en- electriq_acion se conoce aproximando un cuergendra electricidad en cantidad suficiente po electrizado, con lo cual se atrae la bolita para producir chispas, particularmente si las (fig. 3) y se repele inmediatamente de produmáquinas descansan en asfalto, substancia que cirse el contacto (fig. 4.) las aisla. Tambien se emplea el doble péndulo elécLos líquidos producen tam bien electricidad trico formado por dos bolitas distintas suspor su frotamiento con los sólidos que no pendidas, pot dos hilos de seda, en un mismo mojen. El mercurio bien seco que se agite soporte (fig. 5.) dentro de su vaso ó tubo de vidrio, produce SEGUNDO CASO GENERAL. CONDUCTIBILIDAD resplandores en la obscuridad, por electrizarse ELÉCTRICA.-Al presentar la punta frotada de el vidrio. E_n el experimento de la lluvia de una barrita de lacre al péndulo eléctrico, se mercurio, es fácil sacar chispas de la virola observa que atrae la bolita por este extremo superior; se distinguen resplandores vi vos y únicamente; el otro extremo, que no ha sido el tubo de vidrio atrae los cuerpos ligeros, frotado, no dá ninguna señal de electrizacion. despues de haber recibido la electricidad de Lo mismo sucede con un tubo de vidrio, una las gotas de mercurio que, al caer, se pone en barrita de azufre; mientras no se les haya frocontacto con él. Picard, fué el primero que tado en toda su longitud. Por lo contrario, el observó resplandores en el tubo del baróme- experimento demuestra que un cuerpo metátro, al mover bruscamente el mercurio que lico que, en ciertas condiciones, haya adquicontiene. Hanksbée observa el mismo fenó- rido en uno de sus puntos la propiedad elécmeno cuando el vacío es incompleto y fué el trica, ésta se propaga instantáneamente por primero que atribuyó estos resplandores á la toda la superficie del cuerpo, sea cual fuere electricidad. · su extension. El frotamiento de los gases produce tamDesde luego existen substancias que transbien electricidad. Hanksbée obtuvo resplan- miten la propiedad eléctrica y otras que la dores vivos haciendo pasar burbujas de aire rett'enen en los puntos directamente electriá través del mercurio colocado debajo del re- r_ados. cipiente de la máquina pneumática. Wilson EXPERIMENTOS DE . GRA y. -Este fenómeno electrizaba placas de vidrio por medio del fué descubierto por Gray en r 727, observanviento de un fuelle, durante un tiempo seco. do primero que, si se frota un tubo de vidrio Este experimento dió tambien buenos resul- hueco cerrado con un tapon de corcho, éste tados en la resina y la ·goma laca; estos resul- adquiere la propiedad eléctrica, por más que tados son tanto más evidentes si el aire que sea incapaz de adquirirla frotándole directase impele está mezclado con polvo. El aire mente teniéndole en la mano. Este caso lo que sale de una escopeta de viento produce generalizó con un experimento muy célebre. resplandor cuando el taco contiene un poco Fijó el corcho con una cuerda de cáñamo de de polvo. 765 piés de longitud, la tendió [horizontalEn general, siempre que dos cuerpos se mente sosteniéndÓla con cintas _de seda que frotan uno con otro, se produce electricidad. colgaban del techo de Ja sala. 'Cada vez que Solo dá lugar á dudas el caso de dos líquidos se frotaba el tubo de vidrio, la accion eléctrica ó de dos gases que se frotan; pero entonces se ejercía en toda la extension de la cuerda. las circunstancias son tales, que es casi mateCUERPOS BUENOS CONDUCTORES Y CUERPOS rialmente imposible apercibir la electricidad, MALOS coNDUCTOREs.-Todos los metales, por si verdaderamente se produce. transmitir la propiedad eléctrica, se dice que PÉNDULO ELÉCTRICO . - Se conoce que un son buenos conductores, y todos los demás cuerpo está electrizado, empleando ciertos ins- cuerpos por transmitirla mal, se dice que son trumentos llamados electr6scopos, delos cuales malos conductores ó aislantes ó aisladores.

FÍSICA INDUSTRIAL Cuerpos idioeléctricos y aneléctrlcos.-PreEsta clasificacion de los cuerpos no debe considerarse, sin embargo, absoluta. Cuerpos cisamente la gran conductibilidad de los meperjectamente conductores , es decir , que tales es la causa de que no se les pueda electransporten la electrioidad á cualquier. distan- trizar directamente, á menos que se les aisle cia, en un tiempo nulo, no los hay, así como antes y se les frote con un cuerpo no conductampoco absolutamente aisladores, es decir, tor. En estas condiciones, los metales se elecque opongan una resistencia completa á la trizan tan bien como los cuerpos malos conpropagacion de la electricidad. En realidad, ductores. Para demostrarlo, se fija un tubo los cuerpos son m4s ó menos conductores y de laton á un mango de vidrio (fig. 6), y más ó menos aisladores. Además, el grado tomando éste con la mano, se frota el tubo de conductibilidad, para una misma substan- metálico con un pedazo de seda ó un tafetan cia, depende de su temperatú.ra y de su estado encerado; aproximando este tubo al péndulo físico El vidrio, que es muy mal conductor á eléctrico, se observa una atraccion que dela temperatura ordinaria, la conduce bastante muestra que está electrizado. Si se tomase bien calentado al rojo. Igualmente la goma directamente el metal con la máno, no se oblaca y el azufre son buenos conductores si se servaría ciertamente ningun signo de electriles calienta. El agua, que conduce bien la zacion; sin embargo, existiria siempre proelectricidad al estado líquido, la conduce mal duccion de electricidad por el roce, pero se al estado de b.ielo seco. El vidrio pulverizado perdería inmediatamente por el suelo. Este hecho general, explica la antigua clay la flor de azufre la conducen bastante bien. En la siguiente tabla se han comprendido sificacion de los cuerpos, que distinguió Gilcierto número de cuerpos por órden de con- bert con lps nombres de idioeléctricos; es ' decir, susceptibles de electrizarse (cuerpos ductibilidad decreciente. aisladores) y de aneléctricos, ó incapaces de electrizarse (cuerpos conductores). C1terpos conductores. AISLADORES, RECEPTOR COMUN.-Los cuerAgua de lluvia . pos malos conductores sirven de aisladores, Metales usuales. Nieve. Carbon calcinado es decir, de soportes destinados á conservar Vegetales vivos . Grafito. Organos de los animales. la electricidad á los-euerpos conductores, aisAcidos concentrados. S:.iles solubles . Acidos dilatados. lándoles del suelo. Por estar formada la tierra Tela. Di; oluciones salinas . Algodon. de substancias más ó menos buenas conducAgua de mar. Agua de fuente. toras, así que un cuerpo conductor electrizado comunica con ella por medio de otro Cuerpos semi-conductores . conductor, la electricidad afluye inmediataMármol. mente, y por esto se llama á veces al suelo el Alcohol, Papel. Eter. receptor comun. Desde luego, se aislará un Paja. Vidrio pulverizado. Hielo á oº. cuerpo, ya sosteniéndole con piés de vidrio, Flor de azufre. Madera seca. ya suspendiéndole con hilos de seda, ó bien colocándole sobre un pan de resina. Con Cuerpos aisladores. todo, tampoco existen aisladores perfectos; los cuerpos más malos conductores no aislan Papel seco. Oxides metálicos secos. Pelos. Aceites grasos. jamás completamente, y todo cuerpo electriPlumas. Cenizas vegetales y anizado pierde siempre más ó menos lentamente Lana. males. Seda teñida ó cruda. Hielo á !l0° . su electricidad por los soportas. ,A.demás, se Piedras preciosas. Fósforo. verifica otra pérdida continua por el vapor de Mica. Cal. Vidrio. Creta. agua que se encuentra en suspension en el Agata. Polvo de licopodio. aire, que, por lo general, es la más abunCera. Cauchú. Azufre. Alcánfor. dante . Resinas. Esencias. TERCER CASO GENERAL : DrsTINCION DE LAS Ambar. Porcelanas . Goma laca. Vegetales desecados. DOS ELECTRICIDADES.-Existen dos modos disAire y gases secos. Cuero. tintos de electri7¡_acion, y por consiguiente, Pergamino. 1

DESARROLLO DE LA ELECTRICIDAD POR El FRO:fAMIENTO Y TEORIAS ELÉCTRICAS 289 dos electricidades; los cuerpos se repelen ó Este caso general se demuestra con el exse atraen segun estén cargados de igual elec- perimento de Wi'lcke. Se comunica primero tricidad ó de electricidades distintas. al péndulo eléctrico, por c;;ontacto, una elecEste importante fenómeno fué descubierto tricidad conocida, y se le presentan separaé interpretado teóricamente en 1734 por Du- damente los dos cuerpos frotados. Para elJo fay, y se le demuestra del modo siguiente: · se emplean dos discos, uno de vidrio . puliHemos visto ya, que, al presentar al pén- mentado, el otro de metal ó de madera, dulo eléctrico una barra de vidrio frotado con cubierto con una rodela de paño (fig. 7), un paño, se verifica atraccion al principio, y provistos de dos mangos de vidrio aislador epulsion despues del ,contacto. Iguales efec- res, que se cojen con las manos para frotar":' tos se producen con una barra de lacre, fro- les vivamente entre sí y separarles despues tada del mismo modo, pareciendo á primera bruseamente. Así se vé que upo de los dos vista que la electricidad desarrollada en el atrae la bola de sauco, mientras que el otro vidrio es idéntica á la de resina. Mas si mien- la repele, lo cual demuestra que están cartras el péndulo eléctrico es repelido por el gados. de electricidades contrarias. vidrio electrizado, se le aproxima )a resina ELECTRIZACION POR FROTAMIENTO.-El antefrotada, ésta atrae vivamente la bola del rior fenómeno aclara el de la electrizacion por sauco; del mismo modo, si al péndulo repe- frotamiento. La electricidad desarrollada en lido_por la resina electrizada, se le presenta los cuerpos frotados depende de la naturael vidrio frotado, se observa una fuer~e atrae- leza de cada uno de ellos. Así, el vidrio pudon ; luego, un cuerpo repelido por la elec- limentado, frotado con lana, se carga de electricidad del vidrio será atraído por la '. electri- tricidad vítrea, y la resina :f rotada del mismo cidad de la resina, y recíprocamente, un modo se carga de electricidad resinosa. Incuerpo repelido .por la electricidad de la re- versamente, la laria frotada adquiere en e~ sma será atraído por la del vi'drio. primer caso electricidad r est'nosa, y en el se.,. Desde luego puede admitirse, como lo gundo caso electricidad vítrea. hizo Dufay, que estos dos cuerpos se encuenLa ley que regula la reparticion de las dos tran en dos estados, eléctricos distintos, es electricidades, en los dos cuerpos que están, decir, que hay dos modos de electrir_acion en contacto, es extraordinariamente complidistintos, ó mejor dicho, que existen dos cla- cada. La experiencia demuestra que este feses de electrict'dad ; la una que se desarrollá nómeno depende de un cúmulo de circunsen el vidrio cuando se le frota con la~1a, la tancias, insignificantes en apariencia, tales otra que se desarrolla en la resina ó en el la- como el grado de pulimento, el sentido de cre cuando se les frota con un paño ó una las fricciones, la temperatura, y otras. Por piel de gato. A la primera la llamó Dufay ejemplo, si se frotan dos plat~s de vidrio de electricidad vítrea, y á la segunda electrici- desigual pulimento entre sí, el de superficie • dad resinosa. más pulimentada será el que tomará la elec· CUARTO CASO GENERAL: PRODUCCION SIMUL- tricidad vítrea y el otro la electricidad resiTÁNEA DE LAS DOS ELECTRICIDA:OES.--Al tratar nosa. Si se frotan en cruz, entre sí, dos cin-e de producir electricidad frotando dos cuer- tas de seda bl¡.mca, cortadas de la misma piepos uno con otro, a priori, no hay nada que za, la frotada transversalmente se electrizq. haga distinguir el cuerpo frotante del cuerpo vítreamente, y la otra r esinosamente. Si s~ frotado , por lo tanto, es lógico suponer, a frotan, entre sí, dos fragmentos de un mismq priori tambien, que si el uno se electriza, se cuerpo de superficie igualmente pulimentaelectrizará igualmente el otro al mismo da, pero de temperatura distinta, la substantiempo, que es lo que la experiencia concia más caliente será la que tomará la elecfirma. · tricidad resinosa. El frotamiento desarrolla siempre simulDe todos estos fenómenos resulta que l~s táneamente las dos electrict'dades, sobre el denominaciones de electricidad vítr_ea, y d~ cuerpo jrotante la una y sobre el cuerpo fro- electricidad resinosa, no responden á nada tado la otra. real y verdadero ; puesto que el v_idrio pueEl~ FÍSICA. IND,

II.-.37

FÍSICA INDUSTRIAL

cargarse de electricidad resinosa y la resina de electricidad vítrea. Desde luego se podrán sustituir estos nombres por los de electricidad positt'va, correspondiente á la primera; y de electricidad negativa, correspondiente á la segunda. - Experimentalmente se ha formado un cuadro en el cual están clasificados los varios cuerpos en un órden tal, que se cargan_po:s-itivamente cuando se les frota con los cuerpos que siguen, y negativamente con los cuerpos que preceden: Piel de gato vivo. Vidrio puliment ado. Tejidos de lana. Plumas. Madera. Papel.

Seda. Goma laca. Resina. Vidrio esmerilado. Azufre. Sulfuro de cobre.

QUINTO CASO GENERAL: EQUIVALENCIA DH ELECTRICIDADES CONTRARIAS.-La propordon entre las dos electrícidades que desarrolla el frotamiento se determina por el hecho general siguiente: Cuando, por contacto íntimo, se reunen dos cuerpos que, por su frotamiento recíproco se han cargado de electricidades contrarias, se demuestra que su union no produce ni atraccion ni repulsion. Por consiguiente, las dos electricidades desarrolladas en los dos cuerpos frotados se encuentran en proporct'on tal, que, al reunirles, sus e/ectos se destruyen mútuamente. Si se toman, por ejemplo, los dos platos de Wilcke, y, despues de frotarles uno con otro, se les aproxima, sin separarles, á un doble péndulo electrizado, ó á un electróscopo más sensible, no se nota ninguna señal de electrizacion; al alejar uno de los platos, se observa inmediatamente atraccion ó repulsion, segun la naturaleza de su electricidad. Así el frotamiento desarrolla en los cuerpos frotados dos cargas eléctricas, cuya suma tiene una acct'on nula sobre un cuerpo electrizado cualquiera. De esto se deduce que las cargas desarrolladas por el frotamienfo son iguales, ó á lo menos equivalentes,puesto que no son de igual naturaleza. De todos modos, independientemente de la teoria, basta esto para justificar los califiéativos de positiva y negatt'va adoptados para distinguir dos cargas electricas, cuyo conjunto ó suma parece ser igual á cero. · LAS

TEORIA DE LA ELETRICIDAD ESTÁTICA.-Todo cuanto acabamos de decir, define y caracteriza la electricidad al estado estático, bajo el punto de vista experimental, independientemente de la teoría. De todas las hipótesis que se han sentado para·explicar estos fenómenos, dos tan sólo son las que han podido admitirse, la de Franklin y la de Symmer. Hipótesis de Franklt'n.-Franklin supone que la causa de la electricidad es. un fluido único, imponderable, que obra por repulsion sobre sus propias moléculas y por atraccion sobre las de la materia. Todos los cuerpos contienen, al estado neutro, una cantidad determinada de este fluido; si ·esta aumenta, los cuerpos se electrizan positivamente, y poseen las propiedades de la electricidad vítrea; si disminuye, los cuerpos se electrizan negatt'vamente, y presentan las propiedades de la electricidad resinosa. Tal es el orígen de las expresiones positiva y negativa con que hemos sustituido las vagas é impropias de vítrea y de resinosa. La electricidad positiva se representa con el signo+, y la negativa con el signo -. Al igual que en álgebra se tiene +a - a= cero, tambien, dando á un cuerpo que posea ya :cierta cantidad de electricidad positiva, una cantidad igual de electricidad negativa, se le lleva al estado neutro. Hipótesis de Symmer. - Franklin fué el primero que dió una teoria completa de la botella de Leyde, fundada en la hipótesis de un sólo fluido, teoria admitida generalmente por los físicos de aquel tiempo y por e~ mismo Dufay. Mas como se objetara seriamente sobre ella, en particular por .J.Epinus, el físico inglés Symmer propuso la hipótesis de dos fluidos eléctricos que obran c~da uno por repulsion sobré sí mismo y por atraccion sobre el otro. Estos fluidos deben existir en todos los cuerpos al estado de combinacion, formando el llamado fluido neutro ó natural. Ni -una ni otra de estas hipótesis es suficiente para coordinar el sinnúmero de descubrimientos de la electricidad moderna. Además, los fluidos eléctricos, así como tambien los demás fluidos de los antiguos físicos, desaparecen ante la hipótesis moderna de la unidad de los agentes físicos y ante la teoria mecánica de los fenómenos naturales. Con todo; la hipótesis de Symmer, á . pesar de su

DESARROLLO DE LA ELECTRICIDAD POR E'L FROTAMIENTO insuficiencia, se adapta bien á la· interpretacion elemental de los fenómenos y tam bien para su explicacion matemática. En la exposicion de los ~ómenos eléctricos conservaremos, pues, las expresiones de electricidad positiva y - de eleétridad negativa, pero sin unirá ellas la idea primitiva de fluido, sino el sentido experimental de estados particulares -de la materia que sean sensibles y capaces de ser medidos por sus efectos. TEORIA DEL ÉTER ELÉCTRICO.-La opinion de un sólo fluido eléctrico es la que generalmente se· adopta hoy dia, por más que se continúe empleando el cómodo lenguaje dela hipótesis de Symmer, y la diferencia entre eiestado positivo y negativo de un cuerpo se considere análoga á la que existe entre el calor y el /río. Así se ha conservado el punto de Rartida de Franklin; mas, apoyándose los físicos en un inmenso número ~de fenómenos posteriormente conocidos á la época de Franklin, han desarrollado y sensiblemente modificado su sistema. En primer lugar, se ha visto que no hay necesidad de suponer un flúido particular, y que el éter, cuyas vibraciones· constituyen el calor y la luz, basta para esplicar los fenómenos eléctricos. Esparcido por todo el espacio, dotado de una fuerza de expansion, de urra elasticidad y de una repulsion caracterizadas por sí mismo, el éter está contenido en los cuerpos en dos estados distintos ; una parte ocupa los poros de los cuerpos con la misma _d ensjdad que al exterior, y la otra se condensa alrededor de las moléculas con una densidad que varia de una á otra substancia, como lo prueban los fenómenos luminosos, que ya conocemos. Cada cuerpo contiene así cierta cantidad de éter, constituyendo un estado de equilibrio que lé es peculiar. Si, por el frotamiento ú otro medio, se rompe este equilibrio, el éte.r tomado de las atmósferas que rodean las moléculas de uno de los cuerpos, aumentará la densidad de las atmósferas que rodean las moléculas del otro cuerpo que se encuentra electrizado en más; mientras que el primero, que ha cedido -una parte de su éter, estará electrizado en menos. El movimiento de salida ó de acumulacion del éter se produce alrededor de las moléculas, y, si ciertos puntos del sistema de los dGs cuerpos

TEORIAS ELECTRICAS

291

que están de frente ganan éter, otros puntos perderán una cantidad igua( Este movimien- · to de molécula á molécula se resuelve fácilmente en cuerpos buenos · conductores, pero con mucha dificultad en cuerpos malos conductores. Si el movimiento es intenso, va acompañado de vibraciones del éter, tal co -i mo se produce -igualmente en ·el derrame de los fluidos ponderables, y esto explica naturalmente el calor y la luz que á veces engendra la electricidad. De esto resulta que el éter en movimiento arraiga en las moléculas de los cuerpos y que los cambios de este flúido, que con~tituyen ó preceden los fenómenos electrices, no pueden tener lugar sin que intervenga la materia ponderable. Veremos, en efecto, que el vacio completo intercepta el paso de la electricidad, mientras q_ue · el enrarecimiento de los medios gaseosos facilita su paso. Todo esto puede compararse al derrame del agua á través de un sifón formado por una cinta de tela embebida; el movimiento es tanto más fácil cuanto más flojas sean las mallas del tejido, sin que pierdan su capilaridad; miÍs no sucederiá lo mismo y el agua correría más si el tejido estuviese interrumpido_ en algun punto. Por la misma causa el movimiento eléctrico se destruye en el vacio, es decir, allí en donde falta la matei:ia. Este movimiento, resuelto á través de un hilo conductor, constituye lo que se llama corriente eléctrica. Esta explicacion de la electricidad por los movimientos ó los cambios de densidad del éter en los cuerpos ponderables, se presta fácilmente á la interpretacion de los fenómenos, y, si bien se dan casos en donde la ciencia no puede dar explicaciones· concretas, se puede demostrar sin embargo, que no existe coritradiccion entre el principio· teórico y los hechos y leyes que resultan de la experiencia.-se ve igualmente que el éter es el único flúido imponderable que la ciencia conoce~ y por lo tanto se han abandonado los eflúvios, la materia sutil, los :flúidos magnéticos, el flúido luminoso, el calórico y los flúidos eléctricos. A medida que adelantaremos en el estudio de la electricidad veremos que la teoría por el éter permite darse cuenta de los fenómenos.

FÍSICA

INDUSTRIAL

VARIOS CAUDALES DE ELECTRICIDAD. - PRIMÉRA IDEA DEL POTENCIAL ErECTRICO.-El frotamiento es el principal caudal de eléctricic:lad estática. Por el roce es como dos superficies--convenien temente dispuestas producen fa. electricidad de las máquinas electrostáticas, que estudiaremos después con el nombre de máquinas por frotamiento. Tambien son caudales de electricidad estática otros fenómenos mecánicos, tales como la presion y la percusion, comprobaélos ya por 1.Epinus, Haüy y Becquerel. En general, puede decir~ que todos los fenómenos naturales van acompañados de una produccion de electricidad, más ó menos abundante. Los capaces de producir cantidades considerables y utilizables en el terreno práctico son: Las reacciones· químicas; I. º 2. º Las acciones caloríficas; 3. º Los fenómenos de induccion. Estas tres categorias producen más bien la electricidad al estado dinámico. Las máquinas que les utilizan se conocen con el nombre de

pilas eléctricas ó de máquinas de induccion. Como los efectos y los aparatos correspondientes á estos dos estados de la electricidad son tan distintos, se suponia ~ue las electricidades eran tambien de. naturaleza distinta. De ahí las denominaciones de electricidad estática y de electricidad dinámica que se daba á estos dos estados de electricidad, y las de aparatos de electricidad estática y de aparatos de electricidad dinámica dados respectivamente á las máquinas de frotamiento y á las pilas. Hoy dia se sabe muy bien que sólo existe u na clase de electricidad, y el que los efectos sean tan variados obedece únicamente al estado de reposo ó de movimiento con que se produce y tambien al grado de potencial en que se encuentra. Se llama potencial de la electricidad una cantidad característica que, para la propagacion de la electricidad, es análoga á la "temp eratura para la propagacion del calor, ó á la diferencia de niveles hidrostáticos para el derrame de los líquidos.

CAPÍTULO II

Medida de las fuerzas eléctricas. - Leyes de Coulomb.

EYES DE LAS ATRACCIONES Y DE LAS centro se levanta un tubo d- de igual substanREPULSIONES ELÉCTRICAS. - Las cia. Este tubo no está invariablemente fijo á acciones mútuas entre los cuer- la tapa sino que puede girar libremente sobre pos electri2.ados cuya existen- sí mismo. En su parte superior lleva una cia hemos confirmado, están guarnicion de laton formada por dos piezas sometidas á las dos leyes si- (fig. 9), de las cuales la una, b, está fija al tuguientes , conocidas con el bo, y la otra, k, se introduce en la primera, nombre de leyes de Co1,{lomb. y con el boton t se la puede hacer girar como r. ª Ley de las distancias.-Las atraccio-- se quiera. La "pieza k es una especie de tambor, nes y las repulsiones que se ejercen entre dos cuya base superior lleva un círcnlo e dividido cuerpos electrb,.ados varían en raz.on inversa en 360 grados, llamado micrómetro . A la pieza del cuadrado de su distancia. b está adoptado un indicador a, que sü-ve de 2.' Ley de las masas.-A igualdad de dis- punto de guia para medir la rotacion del cuatáncia, estas mismas fuerz.as son proporcio- drante, y, por consiguiente, la del tambor. En nales al producto de las masas eléctricas, es el centro de éste y debajo del botan t está fijo decir, de las cantidades de electricidad repar- un hilo de plata muy fino que sostiene una aguja de goma láca p, uno de cuyos extremos tidas entre los dos cuerpos . CoMPROBACION EXPERIMENTAL DE LAS LEYES termina en un disco de oropel n. Por último, DE CouLOMB.-Estas dos leyes se demuestran Ja tapa de vidrio está taladrada en r, y por este agujero se introduce en la caja una espiga por dps ·métodos distintos: de vidrio i, que sirve de aislador á una bola El método de la balanza de torsion; 1. º de laton m. 2. º · El método de las oscilaciones. Antes de operar debe desecarse bien el aire Estas dos leyes son fundamentales en elecdel aparato para que no haya tanta pérdida tricidad. DESCRIPCION DE LA BALANZA.-E1 aparato de electricidad. Esto se obtiene colocando en está con~enido en una caja cilíndrica de vi- el interior de la caja, durante algunos dias, drio de 35 centímetros de diámetro (fig. 8), · una cápsula con cal viva. Prlncipio del método.-La construccion de en cilyb contorno está pegada una faja de papel dividida en 360 grados. La caja está cer--.: este aparato y el sistema de medícion están rada con una tapa de vidrio A, en cuyo fundados en las leyes c;le la tor?ion, ya deter-

FÍSICA INDUSTRIAL

minadas por Coulomb. La relativa al caso que nos ocupa es la siguiente: Las reacciones mecánicas producidas por la torsion de un hilo metálico se reducen á un par, llamado par de torsion, cuyo momento es proporcional al ángulo de torsion del hilo. Se da el nombre de coeficiente de torsion de un hilo metálico al valor del momento de torsion relativamente á un ángulo de desviacion igual á la unidad. El hilo de plata -empleado por Coulomb tenia 0'03 5 m de. diámetro. Su coeficiente de torsion era igual á 0'269 (tomando el milígramo como unidad de fuerza, y el centímetro como unidad de longitud); luego 0'269 milígramos era la fuerza que, aplicada á un brazo de palanca igual á un centímetro, torcia el hilo de un ángulo igual á la unidad trigonométrica. Teniendo el hilo de Coulomb 10'8 centímetros de largo, para torcer de r grado el hilo de la balanza, bastaba aplicar al extremo una fuerza igual á 0'000438 milígramos. Estas cifras dan una idel:J. de la sensibilidad del aparato de medicion y, por consiguiente, de la precision del método. Reglage del instrumento. -:Si quita la bola fija, despues de colocarla frente el cero, haciendo girar la tapa superior. Se coloca el trazo de guia del tambor en frente del cero de la graduacion de la caja, despues de colocado el cero del tambor encima de la guia. Se lleva la aguja frente el cero de la caja. Se hace girar la uña de modo que la bala de sauco se coloque en frente del o°, sin torsion. Al colocar nuevamente la bola fija, desvia un poco la bola de sauco ó disco de prueba. Una vez reglada la balanza, todos los ceros se encuentran en el mismo plano vertical que contiene la aguja de goma laca y el hilo sin torcer (fig. 8). Comprobacio n de la ley de las repulsiones. -Se introduce la bola fija; electri1ada. Esta electriza primero y repele después 1a bola móvil hasta A 1 (fig. ro) á una distancia angular ex. El hilo experimenta entonces una torsion igual á ex, de lo cual resulta una fuerza antagonista que se equilibra con la fuerza repulsiva. Esta es la primera parte del experimento. Se hace girar luego el tambor superior, en sentido inverso de la desviacion para que dismi-

nuya el ángulo y reducirle al valor ex'. Supongamos que, para ello, haya sido preciso hacer girar el micrómetro de un ángulo N'. En este instante el ángulo de torsion ya no es ex, sino N' +ex', y, por lo tanto, el momento de torsion será c (N' ex'), lo cual constituye la segunda parte del experimento. ~ara resolver la tercera, se reduce la desviacion, del mismo modo, hasta el valor ex'', para lo cual se hace girar el micrómetro de un ángulo N", y la nueva torsion será (N'' ex") y su momento c (N" +"ex). Resultados numéricos de Coulomb.-E lángulo de repulsion inicial ele las dos bolas fué de 36º; el ángulo de torsion era· igual -tambien á 36 grados. Hizo que el ángulo de desviacion fuese de'/, 36º, para lo cual hizo girar el tambor de 126º. El ángulo de torsion 144°. Redujo la desviafué, pues, 126 18 el tambor de 567°, á girar cion á 9º, haciendo partir de oº. En realidad, este ángulo fué de 8°30' y no de 9º. Luego el ángulo de torsion era 567 9 = 576º. Vamos á ver -ahora como aplicaba Coulomb estts cantidades para la comprobacio n de sus leyes. Contaba primerament e las 'distancias, no sobre las cuerdas de los arcos, sino sobre los mismos arcos. Por consiguiente, estas distancias estaban representadas por las cantidades 36, 18 y 9. En cuanto á las fuerzas repulsivas, para representarlas tomaba las mismas cifras que representan las torsiones sucesivas. Así, en estas condiciones.los números anteriores comprueban ciertamente la ley, puesto que las distancias son:

+ =

36 18==-• 2

36 . .

9=-36 4 las fuerzas repulsivas se convierten en 3 6. . . . r 44 =

X 3 6. . . . 576 = 4' X 3 6

Exámen de los experimentos de Coulomb. -Para darnos cuenta de la exactitud de las aproximacion es de Coulomb, _h aremos una aplicacion rigurosa de es.tas cantidades. Sea B la bola fija y A la bola móvil (fig. r 1). Para el cálculo sólo consider:aren~os los centros de estas bolas, lo cual supone que las ma~

•

MEDIDA DE LAS FUERZAS ELÉCTRICAS.-LEYES DE COULOM.B sas eléctricas de estas bolas están condensadas en sus centros; y ya veremos más adelante la legitimidad de esta hipótesis. Coulomb colocaba el ojo en el plano vertical definido por la aguja y por el cent~·o de cada bola, y ' anotaba el azimut de este plano. · Sean et el angulo de desviacion y (N et) la torsion total. El equilibrio de la aguja puede asimilarse al de un cuerpo sólido móvil al rededor de un eje fijo vertical (se supone que las componentes horizontales de las fuerzas eléctricas son despreciables, es decir, incapaces de hacer variar la posicion vertical del hilo). Las fuerzas que obran son F y el par de torsion. La suma de sus momentos con relacion al eje de rotacion O es nula. La fuerzaF puede sustituirse por un par cuyo momento sea igual al de la fuerza. Así se tiene:

MomentodeF=F. CD=F. leos-. 2

Momento del par de torsion = e (N · 3fí sen 18° tang 18º = (126

+ a).

La ecuacion de equilibrio es, pues, C(

F . l cos -

= c (N

+ ex').

Si suponemos la ley de Coulomb verdadera, tendremos:

F = d' =

4 l' sen•

de donde /

l c = (N

+ a) sen 2

tang

Juicio crítico de los experimentos de Cou-lomb.-Apliquemos á esta ecuacion los resultados numéricos de Coulomb. Como/ es invariable para una misma -carga inicial de ,las dos bolas, el segundo miembro de la ecuacion debe ser constante, é igualando los dos primeros miembros entre sí, tendremos:

t 18) sen 9º tang 9° = (567 + 9) sen 45·0 tang 45°.

Las cantidades que se obtienen, resolviendo, son: 3'614 3'568 que son senst'blemente constantes. Las pequeñas diferencias que se notan pueden atribuirse á las causas de error siguientes: · La pérdida de la electrict'dad de las bolas por el aire y por los soportes.-Esta causa de error es poco importante, puesto que, con ensayos preliminares, habia evidenciado Coulomb que, en las condiciones de la operacion, repelidas las bolas al principio á una distancia de 36º una de otra, se aproximaban solo de 1° en 3 minutos, habiendo durado solo los experimentos unos 2 minutos. La influenct'd recíproca de las masas eléctricq,s esparct'das por las dos bolas es otra causa de error que estudiaremos más adelante, y parece ser la verdadera ó principal. Es tanto más eficaz cuanto más aproximadas están las bolas. Por último, los errores de lectura es tambien otra causa, por la dificultad en poder apreciar á '/, grado la posicion del centro de la bola al encontrarse el hilo en equilibrio, y

un error de '/, grado ejerce una gran influencia en el valor de la torsion del micrómetro. Este error es tanto mayor cuanto menor sea la distancia entre las dos bolas. . MÉTODO DE LAS OSCILACIONES. - Coulomb encontró las mismas leyes valiéndose del método de las oscilaciones. Ya hemos desarro.:. llado el principio de este método en el ·magnetismo, por lo tanto bastará indicar aquí el modo como se ejecutan los experimentos. _ Coulomb empleaba una pequeña aguja de goma laca de 3 á 4 centímetros de largo, suspendida al extremo de un hilo de seda cruda de 18 á 20 centímetros de largo, provista de un disco de papel dorado. El conjunto está contenido en una caja de vidrio. La movilidad de este sistema es tal, que una fuerza de menos de '/1,00 milígramos hacia describir una vuelta enteráá la aguja. Desde luego se puede despreciar la fuerza de torsion desarrollada en el hilo durante las oscilaciones. Electrizado el disco -de papel dorado, colocaba Coulomb á cierta distancia, y en direccion de la aguja en equilibrio, una bola de madera de 32 centímetros de diámetro cubierta de esta-

FÍSICA INDUSTRIAL ño electrizado, que colocaba algo distante, tros -de diámetro, pudiendo girar al rededor de para que las líneas rectas tiradas de su centro un tubo atravesado por los dos hilos de susal centro del disco pudiesen considerarse pa- pension, de modo que, sin desviarles, se pueralelas. Comparando los cuadrados del nú- de aproximar el cuerpo b al disco o, de una mero de oscilaciones verificadas durante el cantidad indicada p_or et" índice fijo i. · Dos pemismo tiempo, bajo la influencia de la bola queñas espigas curvas, una de las cuales, la colocada sucesivamente á varias distancias, ó f, termina en horquilla, y que se hacen moá la misma distancia y cargada diversamente, ver por debajo de la caja, sirven para limitar encontró Coulomb las leyes ya enunciadas. las oscilaciones de la aguja e. Si se sustituyen los dos hilos por un hilo EXPERIMENTOS DE HARRis.-Repitió Harris los experimentos de Coulomb, empleando metálico, se obtendrá una balanza de torsion para ello un aparato perfeccionado que deno- más exacta que la de Coulomb, por medirse minó balanr_a b{filiar, en la cual la aguja mó.. los ángulos de desviacion y de torsion en círvil está suspendida por dos hilos de seda pa- culos de gran diámetro e, r r'. , ralelos, como en el magnetómetro bifiliar de · Por medio de este aparato encuentra HarGauss, con la sola diferencia que los dos hi- ris que no siempre se verifican las leyes de los ~stán separados por unos topes de corcho Coulomb, lo cual ha alarmado á los físicos, que les impiden aproximarse cuando se retuer--. puesto que ello da lugar á poner en duda las ce el sistema. La aguja así suspendida ejecuta leyes fundamentales de la electricidad. Sin oscilaciones isócronas, sea cual fuere la am- embargo, no se tardó en descubrir las causas, plitud, y la fuerza capaz ele retenerla separada señaladas p<;>r el mismo Harris, de estas anode su posicion de equilibrio es proporcional malias, que se presentan sólo cuando las disá la desviacion, al igual que en la torsion de tandas son muy pequeñas, en cuyo caso, los fluidos se dirigen á las superficies aproximaun simple hilo. La balanr_a bifiliar (fig. 12) consiste en una das cuando hay atraccion, y hácia los puntos gran caja de vidrio C C', en la cual está sus- · opuestos cuando hay repulsion. La distancia pendida la aguja aislante o v, de 27 centíme- media de las partes electrizadas ya no podrá tras de largo, y en o lleya un disco de oro de representarse, pues, por la de los centros de 7 milímetros de diámetro, equilibrado por figura. Tambien se ver'ifica una · descomposiotro disco de vidrio v. La segunda aguja e, cion del fluido neutro, qUc,tiende á disminuir unida á la primera por una espiga de cobre x la repulsion, y puede, en algunos casos, camy formada de dos hebras de paja perpendicu- biarla en atraccion. Marié-Davy, ha repetido con el mayor cuilares á o v, indica las desviaciones en el círculo graduado r r'. El plato, situado entre las le- dado los experimentos de Harris y ha obsertras e y x, lleva unos pesos anulares que au- vado que la ley de las distancias se verifica mentan la fuerza de direccion del sistema; y sensiblemente en dos bolas electrizadas, cuanla espiga de latan x lleva en su e_x:tremo in- do su distancia pasa 9 ó ro veces de su radio. Las leyes de Coulomb son pues exactas con feriar un pequeño agujero cónico, en el cual · penetra libremente una punta n, que impide relacion á los elementos eléctricos; mas si se las oscilaciones laterales. Los hilos de sus- las quiere comprobar experimentalmente, pension de la aguja o v están fijos á la placa P, debe operarse en cuerpos de dimensiones susostenida por el ligero bastidor t P f. Este ficientemente pequeñas para que las distanbastidor puede girar al rededor de un eje ver- cias respectivas de sus varios puntos puedan tical para poder torcer los hilos por la parte considerarse corno iguales entre sí, y que essuperior, en cantidades que se miden en el tén suficientemente apartados, para que no se círculo fijo e, de 16 centímetros de diámetro. produzca descomposicion de fluido neutro. Si La longitud de la parte libre de los hilos no se cumplen estas condiciones, se calculapuede modificarse por medio de 1,1na colisa a. íán las acciones teniendo en cuenta los moviEl cuerpo electrizado b, que debe obrar so- mieatos de los fluidos, que es lo que hizo Robre el disco o, está suspendido por una espiga che, al- emplear los métodos analíticos de aislante al círculo móvil E E, de 3 5 centíme- Poisson, y partiendo de las leyes de Cou-

MEDIDA DE LAS FUERZAS ELÉCTRICAS. - LEYES DE COULOMB lomb aplicadas á cada uno de los elem~ntos electrizados de los cuerpos. Los resultados del cálculo concordaron con l9s experimentales de Marié-Da vy, lo cual confirma una v~z más las leyes de Coulomb. APLICACIONES DE LA BALANZA DE TORSIO~ A LOS ELECTRÓMETROS.- El pequeño aparato de la fig. 13 constituye uno de los electróscopos más sensibles que se conocen. Coulomb ha construido aparatos de estos con un hilo de goma laca, prdducido en la llama de una bujía, de 27 ·milímetros.de largo y colgado de un hilo de seda de 12 centímetros de longitud. La aguja junto con su disco pe:,aba algo más de un centígramo. Para emplear este instrumento se hace girar un pequeño micrómetro á que está unido el hilo de -s eda, hasta que el disco de la aguja esté en contacto con una pequeña espiga metálica n, que atraviesa la pared del cilindro de vidrio. Así que esta espiga n se pone en comunicacion con un cuerpo electrizado, la aguja de goma laca es repelida con viveza. La sensibilidad de este instrumento es tal, que la descomposicion por influencia que se resuelve en la espiga n, al presentarle á la distancia de un metro un barrote de resina electrizada, basta para que la aguja se desvíe de 90 grados. ELECTRÓMETRO DE LOS SENOS . - Este instrumento, debido á Riers, consiste en un cilindro de vidrio V (fig. 14), susceptible de girar sobre sí mismo de cantidades angulares que se miden en un limbo gr~duado r r, y está atravesado por una espiga metálica terminada en un boton exterior e. En el punto medio de esta espiga hay un pivote sobre el cual se mueve una aguja imantada a b. La espiga o e forma cierto ángulo con el meridiano magnético, así es que se hace girar la tapa e de modo que una raya trazada al extremo de la aguja a b coincida con el centro del retículo de un anteojo L. Se introduce entonces la electricidad por e, la cual se esparce por la aguja imantada, y es repelida. Se hace girar el cilindro V, de modo que el ángulo b o e permanezca el mismo, lo cual tiene lugar cuando el centro del retículo del anteojo coincide nuevamente con 1~ guia b. Entonces la fuerza eléctric_a se equilibra con la compo_nente / sen a de la fuerza magnética horizonpfs1cA IND.

tal de la tierra, siendo a el ángulo que forma la aguja con el meridiano magnético, ángulo igual á la _c antidad de que se ha hecho girar el cilindro V. Como la fuerza eléctrica es . proporcional , para una misma desviacion b o e, al cua(j,rado de la carga, segun la ley de Coulomb, los cuadrados de las cargas que se comparan serán, pues, entre sí, como los senos de los ángulos de que se haga girar el cilindro V, para mantener siempre la misma desviacion b o e. COMPROBACION DE LA LEY DE LAS MASAS. Coulomb supont"a a priori" que dos esferas iguales, electrizada la una y neutra la otra, ad. quieren cargas iguales al ponerlas en contacto. Para demostrarlo electrizó una bola fijl:l, que por contacto electrizaba á otra bola mó vil á oº sin torsion. Con esto observó que ésta era repelida á cierta distancia. Redujo Coulomb la distancia á aº (= 2º), gracias ,á una torsion del micrómetro superior, y, tocando entonces la bola fija con una bola igual, disminuyó la repulsion, por _h aberse convertido la carga de la bola fija en la mitad de lo que era antes. Para conserva-r la bola móvil á la distancia a, se necesita, pues, una torsion menor. Así, Coulomb hacia girar el micrómetro en sentido inverso para reducir la torsion total á N' a, y demostraba que

N'+a=N+a. 2

Tambien puede hacerse otro experimento tocando nuevamente la bola fija electrizada con una- bola igual y neutra, y reduciendo la desviacion al mismo valor ª, con lo cual se vé' que la nueva torsion es:

N+a N'+a=-4 es decir que, juntamente con la carga, dicha torsion resulta la cuarta parte de la carga inicial. LEY ELEMENTAL DE LAS ACCIONES ELÉCTRICAS. -De los experimentos de Coulomb resulta que dos esferas electrizadas A y A' se atraen ó se repelen en razon inversa del cuadrado de su distancia y en razon directa del producto de sus cargas. La comprobacion de la ley de las distancias requiere que la distancia de los centros de A T. II.-.38

FÍSICA INDUSTRIAL y de A' sea siempre muy grande con relacion á sus radios. Si se supone que, permaneciendo · constantes las cargas de las dos esferas, sus ._rayos van disminuyendo más y · más, la ley se aplicará siempre con relacion á distancias más~y más pequeñas; de lo cual puede deducirse que la ley será ig ualmente verdadera al límite, es decir, con relacion á puntos electrt'r_ados situados á una distancia r infinitamente pequeña. Esto es lo que se representa diciendo que la ley dr; Coulomb es la ley elem ental de las acciones eléctricas. ExPRESION MAT.IJMÁTrc;A DE LA LEY DE Cou10Mn.-UNIDAD DE CANTIDAD DE ELECTRICIDAD Á UNlDAD DE CARGA ELÉCTRICA.-Llamando Cf la accion que ejerce una masa eléctrica igual á la unidad sobre una masa eléctrica igual situada á la unidad de distancia, la accion / ~jercida á la distancia d por una masa q sobre una masa q', estará . evidentemente representada por la fórmula ( I)

/ _-

+ Cf

1s,..

Si las dos masas tienen el mismo signo, la fuerza es post'tt'va y habrá repulsion: en el caso contrario será negativa. De esta fórmula puede __deducirse experimentalmente el valor de una masa cualquiera de electricidad. Bastará, para ello, medir la accion que ejerce á una distanciad, ya sobre otra masa cualquiera q' , ya sobre una masa· - igual. En último caso la fórmula se convierte en

de la cual se deduce

El número representado por q dependerá de ·las unidades adoptadas para evaluar las l<?ngitudes y las fuerzas. Se comprende, pues, la posibilidad en relacionar las masas eléctricas con las unidades de masa de longitud y de tiempo, adoptados en el sistema C. G. S., cuya valoracion se ha hecho empleando la ecuacion tomada de .las leyes de electromag netismo, de que trataren1os despues . La unidad de caritidad de elec-

triciq.ad así definida, recibe el nombre de unt'dad absoluta. En la práctica se sustituye con otra unidad de cantidad dt'er_ veces menor, á la cu~l se dá el nombre de Coulomb . Así, pues, las masas eléctricas ó cantidades de electricidad se evaluan en coulomb~, al igual que las longitudes en metros y los pesos en ht'lógramos. La anterior ecuacion puede simplificarse convenientemente elegida que sea la unidad de electricidad. Si la definirnos diciendo que es la cantt'dad de electrict'dad que, á la unt'dad de dt'stanct'a,y sobre una cantt'dad t'gual, ejerce una fuen;_a t'gual á la unt'dad de juerr_a, se tendrá.

qq'

! =+-- as

FUERZA :!JLÉCTRICA. - CAMPO ELÉCTRICO.Cuando una masa eléctrica q concentrada en un punto A, se encuentra cerca de un sistema de puntos electrizados, ya estén aislados como el punto A ó reunidos de modo que constituyan un cuerpo conductor único, dicha masa experimenta una atraccion ó una repulsion e~ cada uno de los puntos del sistema. Todas es.tas acciones no son más que fuerzas concurrentes que tienen una resultante única. A esta · res-µltante, atractiva ó repulsiva, es á la qµe se da el nombre de jue,:1a eléctrt'ca en el punto A considerado. La fuerza eléctrica en un punto varia evidentemente en grandor y en direccion, con la posicion del punto, relativamente al sistema electrizado. La parte de la esfera ó la fuerza eléctrica, procedente de este sistema, tiene un valor finito y determinado que se llama campo eléctrt'co del sistema. Se llama t'ntenst'dad del campo eléctrlco en un punto, el valor de la fuerza atractiva ó repulsiva que se ejerza en este punto sobre la unt'dad de eiectrt'ct'dad post'tlva. Si la fuerza eléctrica tiene la misma direccionen todos los puntos del campo, se dice que el campo es unt'forme; en cuyo caso se demuestra que el grandor de la fuerza es tambien constante en él. Un campo eléctrico está limitado por el lugar de los puntos del espacio en donde la fuerza eléctrica es nula.

DE LAS FUERZAS ELÉCTRICAS. - LEYES DE COULOMB Existen tambien campos eléctricos ilimita- encontrándose definida r, por la ·ecuacion dos, como lo es el campo magnético terresr,• = (x- x,)' +(.¿' -y,)'+ (,r- i,)' _tre, es decir, que no tienen más límite que la sensibilidad de los aparatos. Hay otros que Efectuando igual descomposicion para cada están rigurosamente limitados por un circuito fuerza, se tiene para la suma de las compomaterial. Ya daremos ejemplos de ello al tra- nentes, segun tar de la induccion electrostática. 1 · d 1 X + :E qq, (xr,,- x,) COMPONENTES DE LA FUERZA EN UN PUNTO DEL e eJ e e as x. . .! • CAMPO ELÉCTRICo.-Es fácil determinar por el para la suma de las componentes segun el eje cálculo la intensidad del campo en un punto (v - y,) qq, d e 1asy.... Y =+:E ~ ~---cualquiera, es decir, el grandor y la direcr,' cion de la fuerza eléctrica que en él se ejerza. pa~a la suma de las componentes segun el eje Sean M el punto y q la carga, y sean tambien de las -Í· . . . Z =+:E qq, (:r - -i,) q,' q, . . . . las m_asas eléctricas diseminadas r,• por los puntos A., A,. . . . cuyas acciones Por último, 1a fuerza eléctrica resultante la constituyen el campo, y r., r, . . . . sus dis- dará la diagonal del paralelepípedo constancias respectivas al punto M. truido sobre X, Y, Z, cuyo valor es: Las íuerías que allí concurran serán respectivamente MEDIDA

+cp qq: =/,.

=Vx·+ Y•+z·

Del mismo modo se podrá calcular la accion ejercida sobre el punto M por un cuerpo + <p qq, -¡•. ó por una serie de cuerpos electrizados, conr• ' -ductores ó no _conductores. Para ello bastará El signo + representa una fuerza repulsiva descomponer cada uno de estos cuerpos en ó atractiva que depende de los signos de q, y . elementos de volúmen infinitamente pequede q, . . . . . fi,os, por medio de tres sistemas de planos paSupongamos tres ejes de coordinadas rec- ralelos á los planos de las coordinadas, contangulares (fig. 15) y descompongamos cada . siderando, además, á X, Y, Z como las sufuerza / segun estos ejes. mas de sus componentes procedentes de cada Las componentes son (/, cos a,)-, (/, cos ~.), uno de estos elementos de volúmen electri(/, cos y,), llamando a,, ~., y, los ángulos que zados. forma la fuerza / con los ejes. Llamando x, y, APLlCACION DE LAS ATRACCIONES Y REPULSIO1, las coordinadas del punto M, y x,, y,, 1., NES ELÉCTRICAS. - Campanario eléctrico. Se las del punto A, se tiene: suspenden dos timbres a, c (fig. 16) á una barra metálica, de los cuales, el a lo está por x-x, una cadena, y el otro c por un hilo de seda, cos ª· = r, que se pone en cornunicacion con el suelo y-y, _ por medio de una cadenita. Se cuelga la barra cos ~ -r, á una máquina eléctrica. Así que funciona esta máquina, una bala que, por un hilo de cos y= :r-:r, ·r, seda, cuelga entre los dos timbres, es atraida por el timbre a, que recibe la electricidad de Las componentes son pues, la máquina y es repelida así que se produce el contacto, atrayéndola el timbre c, que se + qq, (x-x,) encuentra al estado neutro, y al tocarle le ce1,,..sa de la electricidad que contiene, que pasa al + qq, (y-y,) suelo. Atraído nuevamente este péndulo por r,3 el timbre a, y repelido otra vez, se producen, como se ve, atracciones y repulsiones alter+ qq, (:r-,r,) r." nativas motivando un campanilleo conti-

.r ,

300

FÍSICA INDUSTRIAL

nuado. Añadiendo otro timbre a y otro pén- centro comunica con el suelo. Una bola hueca m apoya en el anillo c c, que es el dulo se producen los mismos efectos. 1 de vidrio Araiia de Franklin. - En el campanario cuerpo electrizado, é inmediatam ente se la ve. eléctrico puede sustituirse la bola por un correr á su al rededor. El anillo c c cede eleccuerpo de médula de sauco en forma de ara- . tricidad á los puntos de la bola que le tocan, ña, con patas de hebras de seda; este cuerpo y los repele en una direccion que no es exaces atraido y repelido como la bola, y las pa- tamente normal, por_ no ser perfectame nte tas se adhieren y separan delos timbres, que, esférica la bola; estos puntos son atraídos, al para el caso presente deben sustituirse por propio tiempo, por la hoja de estaño que coesferas, de modo que produce el _efecto de munica con el suelo, y que les quita su elecuna araña agarrándos e y soltando estas esfe- . tricidad. Durante este movimient o otros punras. La superficie de sauco se:chamusc a ligera- tos de la bola tocan el anillo ce, y la rotacion mente para que sea conductor. Por ser el continua, existiendo , además, la fuerza censauco poco conductor, la araña permanece trífuga que contribuye á la adherencia de la bola con el anillo. durante un instante en cada bola. Regadera eléctrica.- En un vaso metálico Granir,o eléctrico de Volta.-El granizo eléctrico está reducido á colocar dentro de provisto de agujeros capilares, el agua que una campana bolitas de médula de sauco; el contiene saldrá gota á gota, mas, si se le elecpié de ella comunica con el suelo (fig. 17), y triza, cada agujero producirá un chorro diverpor su parte superior penetra un conductor gente de gotas finas que se repelen mútuaterminado en una esfera ó platito. Poniendo mente (fig. 21). Peltier rodeó el chorro con un anillo meen comunicac ion este conductor con la máquina eléctrica, las bolas son atraídas y repe- tálico electrizado del mismo modo que el lidas por el disco, que es el cue.i,-po electrizado, vaso, y observó que las gotas se juntaban siendo el pié el que se electriza por influencia. para formar un chorro único. Carmoy observa que el consumo no se moTambien puede repetirse el experimen to colocando una campana invertida sobre el difica, lo cual demuestra que la causa del fepié no aislado (fig_- 18), cuyo interior se haya nómeno obra tan sólo después de haber saelectrizado, y haciendo salir la electricidad lido el líquido por el orificio. Aldini observó como se subdividia n en por una punta. Las bolas oscilan hasta haber de gotitas muy finas las gotas de aceite forma la á quitado toda la electricidad adherida campana. Se activan las oscilaciones por invertidas sobre agua electrizada . De los experimen tos de Bohadsch se deduce duccion, aproximan do la mano ó cualquier que la electricida d activa sensibleme nte la otro cuerpo conductor. Dan~a eléctrica.- Si en el granizo eléctrico evaporacio n de los líquidos. Citaremos, para terminar, el siguiente exse sustituyen Jas esterillas por una ó varias figuras de médula de sauco (fig. 19) y se las perimento debido á Charault: Un areómetro coloca entre el pié del aparato C, que comu- sumergido en un líquido que se electrice, sube nica con la tierra, y el platillo del conductor de varios centímetro s, corno si hubiese auP, al que llega la electricidad de la máquina mentado el líquido en densi,dad, lo cual proeléctrica, entonces subirán y bajarán atraídas viene de la repulsion eléctrica del líquido. ó repelidas por el platito y el pié, y formarán Como esta repulsion no existe, de arriba abajo, en el punto en dond"' la espiga sale del la danr,a eléctrica. el instrument o sube por la repulsion líquido, Planisferio eléctrico.- Sobre un plato de vidrio v v hay unos balustres aisladores que que.se ejerce de abajo arriba en la porcionde sostienen un anillo metálico c c (fig. 20). Al superficie que interceptar ia la espiga si se proplato está pegada una hoja de estaño cuyo longase hácia abajo.

CAPÍTULO I I I DISTRIBUCION Y PÉRDIDA DE LA ELECTRICIDAD

Distribucion de la electricidad.

CUMULACION DE LA ELECTRICIBAD EN LA SUPERFICIE ·DE LOS CUERPOS.

-El estudio de la distribucion de la electricidad sobre los cuerpos conductores, la estudióCoulom b experimentalmente y Poisson matemáticamente ; con ello sentaron ambos el hecho fundamental siguiente : Cuando un cuerpo, conductor y aislado, está electri1ado positivamente ó negativa1nente, la electricidad - libre afluye exclusivamente á su superficie exterior. Gray tambieñ practicó ciertos experimentos que le hacian prever igualmente este fenómeno: aisló dos cubos de madera de iguales dimensiones_, el uno macizo y el otro hueco, les electrizó a_poyando en ellos ~na barra de resina frotada, entre las vueltas de un alambre que les unía; y comprobó que atraían con igual fuerza. Achard obtuvo el mismo resultado con ·cubos de metal. Comprobact'on experimental directa. -Se toma un vaso aislado de paredes II}UJ delgadas y de forma cualquiera, por ejemplo, una esfera hueca (fig. 22); después de electrizarle se introduce en su interior, por una abertura o, procurando no tocar los bordes, un

disco de oropel b, fijo á un mango de goma laca, y con él se toca la pared ó fondo interior. Se saca luego el disco y se observa que no contiene electricidad ; más, si con él se toca la superficie exterior, al separarle sale electrizado. A éste se le llama disco ó plan de prueba. A veces el disco de prueba sale del vaso electrizado, pero en este caso su electricidad es de signo contrario á la del vaso, y procede de la goma laca, en la cual ha habido induccion por la electricidad de los bordes de la abertura o. Tambien se aplican á la esfera electrizada dos hemisferios m, m, al estado neutro, de metal ó de papel dorado, que se mantienen . por unos mangos aisladores, y se observa que la superficie exterior de estos hemisferios ha adquirido electricidad. Se retiran luego bruscamente, al mismo tiempo, los dos hemisferios, y se observa que la esfera ya no contiene electricidad, por haberse trasportado todo el fluido á dichos hemisferios. Para demostrar qué la electricidad sólo ocupa debajo de la superficie un espesor imperceptible, se toman dos esferas aisladas, de igual diámetro, de metal rriaci~o la una y de goma laca y dorada la otra. ?e carga la pri, mera de electricidad y se mide su carga ªJ>li-

302

FÍSICA INDUSTRIAL

cándole un disco de prueba que se pone luego selina, cuya base ó boca estaba unida á un en la balanza eléctrica. Se hace comunicar anillo ó alambre aislado (fig. 24) y, des pues esta esfera con la otra, que se encuentra al de electrizarle, observó que toda la electriciestado natural, y, operando con rapidez, se dad .se encontraba en la cara exterior. Invirvé por medio del disco de prueba, que ·las dos tiéndole por medio del hilo de seda e e' de esferas tienen la misma carga, y que esta modo que la superficie que estaba al interior carga es igual á la mitad de la que antes te- pasase al e~terior, la electricidad se transnia la primera. Puesto que las superficies son portó á fuera, sin que se encontrase ninguna iguales, deberá suponerse que la capa eléc- señal de ella en la superficie que se encontrica tiene el mismo espesor en ambas esfe- traba dentro. ras; y como sobre lá esfera de goma laca doEXPLICACION DE LA ACUMULACION DE LA ELECrada la electricidad no puede penetrar más TRICIDAD Á LA SUPERFICIE DE LOS CUERPOS CONque en la capa de oro excesivamente delgada DUCTORES. -Podrá comprenderse la a·c umulaque la cubre, el fluido deberá ocupar en la cion de la electricidad á la superficie de los esfera maciza un espe~9r tambien muy pe- cuerpos, por la repulsion que ejerce sobre sí queño. misma, segun. las leyes de Coulomb. De estas Otro experimento consiste en arrollar so- leyes resulta, en primer· lugar, que una envolbre un cilindro de vidrio suspendido por unos vente á poca diferencia esférica electrizada, no hilos de sedar r (fig. 23), una cinta de tela ejerce ninguna accion sobre un punto de su V provista de electróscopos e, e'; se electriza interior. Esta proposicion, qm: ya hemos conel cilindro, se desarrolla la tela, con lo cual siderado en el estudio de la gravedad, se dese aumenta la superficie exterior, y se vé . muestra, para la electricidad, exactamente como los electróscopos se aproximan. del mismo modo. Tambien se demuestra, Faraday hizo muchos experimentos muy igualmente, que una capa esférica ó á poca ingeniosos sobre el mismo objeto. Electrizó diferencia esférica, electrizada en todos sus vasos aislados de tela metálica y el disco de puntos, obra corno si toda la electricidad esprueba no dió ningun signo de electricidad tuviera reunida en su centro. interior. Consideremos, pues, el caso particular de En un cilindro de metal colocado sobre un un esferoide electrizado y supongámosle diplato conductor aislado, que electrizó, halló vidido en zonas concéntricas infinitamente que toda la electricidad se encontraba en la pequeñas. Una partícula cualquiera de elecsuperficie exterior. Rodeando el cilindro con tricidad situada en la superficie de una de esuna rejilla metálica de mayor altura que él, tas zonas no experimentará ninguna accion ya no le encontró ninguna señal de electrici- repulsiva procedente de la electricida desdad, y sí al exterior de cada barrote. parcida por las capas que le son exteriores; Habiendo entrado, provisto de varios elecpor lo contrario, será repelida por el fluido tróscopos, en una cámara de tela metálica que puedan contener las que se encuentran sostenida por cuerdas de seda, no experi- más próximas al centro; desde luego deberá mentó Faraday ninguna sensacion, y los elec- alejarse de este centro y pasará la superficie. tróscopos permanecieron en reposo mientras Al llegar allí la electricidad tenderá á esparse sacaban fuertes chispas de la superficie ex- cirse, lo cual impedirá el aire por ser mal terior de la cámara. conductor. Si el aire es húmedo, como es Terquem repitió este experimento emplean- buen conductor, la electricidad se disipa, pudo una jaula para pájaros, en la cual intro- diendo suceder lo mismo con un aire muy dujo varios animalitos, electrócopos, made- enrarecido, tanto que, á veces, la salida del jas, tiras de papel ~spendidas en los alam- fluido es visible en la obscuridad. Por lo debres; y observó que todo permanecia inmóvil más, no es ciertamente por la presion, como mientras que del exterior se sacaban várias á veces se ha supuesto, que el aire impide la chispas, y los hilos y las tiras de papel col- dispersion de la electricidad, sino por el obsgadas al exterior se separaban con viveza. táculo que presenta, como mal conductor, al Faraday formó un cono ó capucha de mu- paso del fluido.

DISTRIBUC!ON Y PERDIDA DE LA ELECTRICIDAD 303 En la teoría de un ~ola fl,uido la esplica- la densidad media es un coeficiente experi-cion de Ja acumulacion á la superficie es la mental. misma con relacion á los cuerpos electrizaEspesor eléctri'co. - En vez de densidad dos, en más, por encontrarse el fluido natural eléctrica se aplica tambien el nombre de esdel cuerpo en equilibrio con el del medio ex- pesor eléctrico, así estas dos expresiones son terior, y no poder obrar; así, soore una par- equivalentes. Esto obedece á que, segun la tícula del fluido en exceso. Para el caso de un precedente hipótesis, la capa eléctrica ocupa cuerpo electrizado en menos, hé aquí lo que cierto volúmen en Ja superficie de los cuerdice Edlund. En el cuerpo al estado natural, pos. La cantidad de electricidad~ q, contenida la resultante de las acciones del éter exterior en 1=1n elemento de superficie~ s, puede reprees igual y opuest.a , en cada punto del cuerpo, sentarse así á la de las acciones del éter interior. Como ~q=pe~S las moléculas del éter interiÓr tienden por su repulsion á pasar á la superficie, es preciso, llamando E el espesor geométrico de la capa pues, que la resultante de las acciones que en el punto considerado, y .P la cantidad de salen del exterior tienda á repelerlas de la fluido contenido en Ja unidad de volúrnen. Lo superficie al interior. -si el cuerpo estuvi~se que hemos llamado densidad, es el producto electrizado en menos, por ser la resultante pE, que es aquel cuya variacion se observa en exterior la más grande, desalojará las molé- la superficie del conductor. Esta variaciorr se culas de éter de la superficie, y esta superficie explica por la de uno de los dos factores. Anquedará electrizada en menos. tes se suponía que pera constante y Evariable, La acumulacion de la electricidad en la su- es decir, que la electricidad formaba en la su perficie de los cuerpos es una consecuencía perficie de los conductores una capa delgada de la ley de los cuadrados de las distancias, y de densidad constante, pero de espesor variala prueba experimental de ello, que se estable- ble. Hoy dia se prefiere considerar e como ce con más exactitud que la misma ley, se constante y pcomo variable. En ambas hipópuede considerar, por reciprocidad, como una tesis las variaciones del producto p E se repredemostracion de esta ley, siempre que se sentan del mismo modo. Se tiran por cada pruebe que no existe otra ley -que conduzca punto de la superficie ordenadas proporcionaal mismo resultado. les á la densidad eléctrica, y se obtiene así DENSIDAD ELÉCTRICA.-Desde luego la elecuna curva que rodea el conductor y representricidad libre forma una capa extraordiñaria- ta las variaciones de la densidad. mente delgada en la superficie de los cuerpos Tension eléctrica.-La electricidad esparelectrizados, en donde queda retenida por el cida por una superficie dada ejerc~ en cada poder aislador de la atmósfera ambiente, ten- punto sobre el medio ambiente uri esfuerzo diendo sin cesará salir de allí con un esfuerzo para salir. Este esfuerzo es igual á la resulmás ó menos grande. tap te de las acciones repulsivas que la capa Se llama densidad eléctrica la carga eléc- eléctrica esparcida por el conductor ejerce en trica ó la cantidad de electricidad esparcida la masa concentrada en el punto considerado. sobre la unidad de superficie, suponiendo una Se demuestra que esta resultante es una fuerdistribucion uniforme. za normal á la superficie deLconductor y que Densidad media y densidad en un punto.- es proporcional al cuaáradd de la densidad Para el caso de una distribucion variable, se eléctrica en cada punto. Se llama á veces tendefine la densidad media en un punto, dicien- sion la re1acion entre esta /uerr_a y la carga do que es la relacion de la carga eléctrica de total del conductor. una pequeña superficie tomada al rededor EXPERIMENTOS DE CoULOMB.-Coulomb dede este p1+nto y esta superficie. El Hmite á terminó la densidad eléctrica en los varios donde se dirige esta relacion, cuando la su- puntos de un conductor electrizado en equiliperficie considerada tiende á cero, s~ llama la brio, tocando el punto considerado con un densidad eléctrica en el punto considerado , .disco de prueba. Con esto se toma una cantique es un coefict'ente _teórico, mientras que dad de electricidad proporcional á la carga del

FÍSICA 1NDUSTRIAl

304

elemento en contacto, cuya cantidad se mide poniendo el disco de prueba en la balanza de Coulomb. De la repulsion observada} se deduce la carga q del di~co de prueba por la formula q

= d V7

Resultados generales.-Coulomb comprobó experimentalmente que la denst'dad eléctrt"ca en un conductor aislado es proporcional á la cantidad total de electricidad distribuida en toda la superficie, y que la relacion de las densidades eléctricas en dos puntos de un conductor es independiente de la carga tota). lnfluencia de la forma de los cuerpos.-En una esfera metálica, la densidad eléctrica es la misma en cada punto de la superficie, atendida la forma simétrica del cuerpo (figura 25). Si el cuerpo electrizado es un ovoide alargado (fig. 26), la densidad eléctrica éesa de ser uniformé; obedeciendo la electricidad á su propia repulsion, se acumula hácia las partes más agudas, en las cuales adquiere un max1mo espesor. En el caso de un elipsoide imperfecto (figura 27), el espesor de esta capa en los extremos de los ejes es proporcional á su longi~ud. En un disco de metal (fig. 28), la electricidad se acumula en los bordes. - En un-cilindro terminado por dos hemisferios (fig. 29), es en la superficie de estos últimos que la densidad es máxima. EFECTOS DE LAS PUNTAS.-Se llama potencia de las puntas la propiedad que poseen las puntas conductrices de dejar escapar la electricidad . Esta propiedad, descubierta por Franklin, es una consecuencia de la distribucion de la electricidad por la superficie de los conductores alargados. En efecto, por aumentar la densidad eléctrica en razon inversa de la . curvatura, la electricidad debe acumularse forzosamente en las puntas; su tebsion, que es proporcional al cuadrado de la densidad, aumenta aun más rápidamente y vence pronto la resistencia del aire; entonces es cuando el fluido se escapa y esparce por la atmósfera. Si se aproxima la mano á la punta se siente un ligero soplo, debido á la repulsion del aire, y si la salida de la electricidad se verifica en la oscuridad, se observa una lucecita ·e n la punta. PUNTAS COLOCADAS soBRE UN CONDUCTOR.-

El cálculo relativo á los élipsoides de revolucion demuestra que, si el eje se prolonga indefinidamente, de modo que el vértice se conv-ierta en una. punta, la tension será en ella infi.nita, y la resistencia del aire ya no podrá oponerse á la salida del fluido· que, en. efecto, sale entonces d~ un modo contínuo y sin ruido perceptible. Por lo tanto, el potencial obtenido en un conductor armado de una punta será insignificante; esta punta hace lo mismo que un orificio practicado en la pared de un vaso lleno de gas comprimido. Este es el motivo porque se evitan-las puntas y los ángulos en los conductores- de los aparatos eléctricos. · PUNTA PRESENTADA Á UN CONDUCTOR. Cuando las puntas comunican con el suelo, tienen además la propiedad de descargar los conductores que se les presenta. Por ejemplo, si al conductor de una máquina eléctrica en movimiento se le presenta una punta cogida con la mano, el péndulo del electrómetro de Hanley baja, y así que se retira la punta 1 sube ; debido á . que el fluido neutro de la punta se descompone por la influencia del del conductor; el fluido de igual nombre es repelido hácia el suelo, y escapando el fluido de nombre contrario por la punta, pasa al conductor, que le atrae y neutraliza la electricidad que contiene. La punta obra a,;;í que pueda producirse la induccion, es decir, á una distancia de varios metros. La máquina eléctrica del m~seo Teyler produce luz en una punta situada á diez metros de distancia. PuNTA ·AISLADA.-Si la punta está colocada sobre .un cuerpo aislado, toma entonces muy poca electricidad á los conductores á que se presenta, puesto que, no pudiendo el fluido repelido pasar al suelo, cesa pronto la descomposicion del fluido neutro. Luego, solo se habrá neutralizado en el conductor una cantidad de electricidad igual á la que se encuentra en el cuerpo que lleva la punta, como si ésta hubiese trasegado esta electricidad, segun la expresion de Franklin. En la teort'a de un solo fluido se pueden dar las mismas esplicaciones siempre que la punta esté electrizada en mas. En el caso en que esté situada sobre un conductor electrizado en menos, la electricidad natural del aire tiende á introducirse en el conductor por la

b!S'rRIBUCION Y PERD!DA DE LÁ ELECTRICIDAD punta, en donde el estado negativo es muy MOVIMIENTOS DEBIDOS Á LA SALIDA DE LA pronunciad o, segun las leyes de la distribu- ELECTRICIDAD POR LAS PUNTAS.-En primer luci0n, y restablecer el estado natural en él. Si gar, citaremos el moUnete eléctrico (fig. 3 1) la punta se presenta á un conductor negativo, debido á Hamilton, formado de un estilete A hará pasar su electricida d á este conductor. terminado en punta aguda, que sostiene una Si se presenta á un conductor positivo, éste estrella compuesta de radios harizontale s B repela la electricida d natural de la punta, es- terminado s en puntas dobladas todas hácia el tablece el estado negativo en él, y pasa á esta mismo lado. Colocado este aparato sobre el punta produciend o :varios movimient os en el conductor de la ·máquina eléctrica, el fluido aire, como veremos. que sale por las puntas produce una fuerza Observaci ones.-La accion de las puntas que hace girar la estrella con mucha velocidad sobre los cuerpos á que se presentan, peren direccíon contraria á la salida. Se ha exmite cargar los conductore s aislados·, ar- plicado este fenómeno suponiend0 que el aire mándoles con una punta dirigida hácia una se electriza con ei fluido que sale por la punmáquina eléctrica, y repetir con estos con• ta, y como ésta contiene fluido del que va saductores los experimen tos que ya se han he- liendo que es del mis~o-nom bre que el_reci-, cho con la máquina; por ejemplo, los de las bido por el aire, es rechazada por él. Como figuras 16, 17, 19 y 21. prueba de lo dicho se coloca el molinete en Al tratar de las máquinas ·eléctricas ya ve- el vacío, y se vé que no gira. Colocado el insremos el papel que desempeña n las puntas de trumento sin aislarle, á cierta distancia de la los peines de las mismas. máquina, gira tambien por salir la electriciDe la propiedad que tienen las puntas de dad de nombre contrario, ,por influencia. descargar los conductore s de un modo contiLa figura 32 representa un aparato en el nuo, resulta la imposibilid ad de sacar chispas cual el molinete gira subiendo, apoyando su de una punta situada sobre un conductor, ó eje en dos varillas inclinadas ca, c' a', aislade este conductor, si se le presenta-la punta. das por medio de unos soportes de vidtio, que Unicamen te podrá producirse la chispa cuan- comunican oon la máquina eléctrica. do la electricida d salga rápidamen te de la Antes se explicaba el movimient o del mopunta y sea en gran cantidad, lo cual se ob- linete por un efecto de reacet'on análogo al tiene, como lo hace Puchot, por medio de un que producen los fluidos ponderable s; pero cuerpo conductor auxiliar aislado B (fig. 30), Aimé probó no ser cierta esta e:xplicacion. colocado, por ejemplo, entre la punta P y el Para ello suspendió un molinete por un- hilo conductor electrizado A. Una chispa surgirá muy fino fijo á una espiga metálica que atraveen A B, y al mismo -tiempo otra entre By la saba la tubuladura de un recipiente. Cuando punta, más débil ésta que si no hubiese punesta espiga comunicab a con una máquina elécta. Si se va alejando ·poco á poco P, cesan trica el molinete daba varias vueltas y torda el pronto las chispas en B P y en A B, y la elec- hilo; mas, una vez extraído el aire del recitricidad pasa en forma de centellas continuas. piente cesaba el movimiento', por más que se Los resultados son los mismos cuando la pun- cubriese el aparato con una capa de barniz, ex:. ta esté fija en A, ó cuando se encuentre en el cepto las puntas, parf1 que la electricidad nó cuerpo B, ya mire á A ó á P. pudiese salir más que por éstas. Sucedía tamLa potencia de las puntas es uno de los ~es- bien que el movimien to tenia lugar en senti~ cubrimien tos más notables de Franklin. No- do del derrame, cuando, para dirigir el flúido llet observó que los ángulos de los objetos hácia su extremo, se presentaba n unas hojas -situados cerca de los cuerpos electrizados metálicas aisladas á las puntas. Desde Juego, eran luminosos en la obscuridad , y estudian- · la presencia del aire es necesaria al movido este fenómeno fué cuando Franklin, en miento y se la explica por la repulsion _ qu~ r 750, reconoció en las puntas la potencia se ejerce entre el aire electrizado y la· mism1á de atraer de lejos el fluido eléctrico, y tam- punta, repulsion que aleja el aire por un lada; bien de expele-rle cuando están situadas en como vamos_á ver, y hace retroceder la punta cuerpos electrizado s. J?Or el otro. Colocado- el molinete dentro de FÍSICA IND,

II.-.39

FÍSICA-· INDUSTRIAL

una campana, se para así que todo el aire está electrizado. La rotacion tambien se verifica en el aceite, por ser líquido mal conductor; pero no así en el agua. MOVIMIENTO DE UN DISCO POR EFECTO DE LAS PUNTAS.-En el aparato de la figura 33, imaginado por Ruhmkorff, un disco de mica D, suspendido por su centro en un pivote, recibe electricidad de dos puntas aisladas p', p. La primera p' comunica con el suelo, y la segunda p con una espiga . afilada t, que se aproxima á una máquina eléctrica positiva. La induccion de la máquina en t p hace pasar por la punta p fluido positivo al punto n del disco D, mientras que la punta p' da fluido negativo al punto n'. Si la máquina ·¡10 está colocada simétricamente con relacion al plano p p', el disco girará, puesto que la parte más próxima n será repelida por la máquina, así corno tambien el aire, que es expelido oblícuamente á la parten. PEZ DE FRANKLIN. - U na hoja de oro cuad_ rilátera ·formada por dos triángulos isóceles desiguales, unidos por su ba.e, se presenta por el extremo mayor, ó cabeza, á un conductor electrizado, y se observa como se aproxima á él ondulando, y se para á cierta distancia, oscilando irregularmente. Si se la presenta por el otro extremo, ó cola, ésta se curva dirigiéndose hácia la mano que la tiene cogida por la cabeza. Colocada entre los platos del aparato de granizo (fig. 17), el cuadrilátero levanta la cabeza, ·aproximándola más al plato superior que al inferior. Si las dos mitades son iguales, se mantiene, á poca diferencia, á igual distancia de ambos platos, y se obtiene el experimento conocido con el nombre de tumba de Mahoma. Todos estos resultados se deben al viento eléctrico que se produce en los dos vértices. VIENTO ELÉCTR1co.-Cuando la electricidad positiva sale de una punta, el aire se electriza y es, por consiguiente, repelido, de donde resulta una corriente de gas, fácil de comprobar, ya presentándole la mano, en cuyo caso se siente un ligero soplo, llamado viento eléctrico, ó ya aproximando á la punta dirigida horizontalmente la lláma de una bujía, que es entonces repelido (fig. 34), llegando á veces á apagarse. Neyreneuf ha practicado much?s ·ex peri-

mentas con este objeto y observa, en primer lugar, que el viento eléctrico aumenta notablemente por la induccion de los cuerpos que se presentan á la punta, y que los efectos son insignificantes cuando la punta está muy afilada, por ser_ entonces muy débil la tension en el conductor que la soporta. Los experimentos practicados con una máquina de Holtz en la llama del gas, condujeron á los resultados siguientes. Punta posiUva.-Si la llama está aislada y sale el gas por un tubo de vidrio afilado, la llama- sale con más ó menos fuerza segun la distancia y la posicion de la punta con relacional mechero. Si el mechero es metálico, los efectos producidos en la llama sin aislar son más notables, por existirá la vez repúlsion del aire _y trasporte de la electricidad á través de la llama, hácia el mechero electrizado negativamente por induccion, y este trasporte arrastra la llama, que es imperfectamente conductriz, de la punta- positiva al mechero negativo. Ya veremos más de una vez que, cuando la electricidad está en movimiento en un fluido poco conductor, le arrastra del cuerpo positivo al cuerpo negativo. Este resultado puede observarse colocando la llama entre dos placas·conductrices electriza.:. das una en más, otra en menos, en cuyo caso la llama se dirige hácia' la placa negativa. Si se dirige la punta á la llama muy caliente y muy conductriz de un mechero de Bunsen, la electricidad se precipita hácia el mechero negativo sin encontrar resistencia, y sin que agite la llama. Estos resultados dependen de la posicion de la punta con relacion al mechero y del tamaño de la llama. Si la punta, dirigida siempre horizontalmente, acciona sobre un mechero conductor, la llama es repelida, y una parte poco alumbrante se invierte al rededor del mechero. Esto se nota particularmente en los mecheros de corona, en los cuales la llama se invierte en todo su contorno exterior. Punta negativa.-Si se trata de un mechero aislante, los resultados son cási los mismos que con la punta positiva. Mas, si la llama se dirige á un mechero conductor, se adelgagaza entonces y se inclina hácia el mechero, en vez de ser_repelida corno cuando la punta es positiva ; desde luego, se verifica como

DTSTRIBUCION'

PÉRDIDA DE LA ELECTRICIDAD

una especie de atraccion· hácia la punta, debido al trasporte de la electricidad que sale ' del mechero. Si la punta se presenta al centro de la llama, el trasporte producido por el movimiento de la electricidad hácia la punta, contraría la repul_sion producida en el aire que ha electrizado, resultando de ello efectos muy complejos que varían mucho con las circunstancias del experimento. Así, por ejemplo, si la llama es muy grande; se observa una parte brillante repelida, y una parte azul que se di· rige liácia,Ia punta. Las llamas· del alcohol y de la esencia de trementina dan, á poca diferencia, los mismos resultados que las del gas del alumbrado. Las del hidrógeno, del óxido de carbono . y del s.úlfuro de carbono, en las cuales no se forma precipitado pulverulento, son apenas repeliqas por una punta positiva y son muy atraídas por una punta negativa; sin embargo, este último efecto, muy definido con la llama de hidrógeno, sólo se produce en las otras dos cuando sus dimensiones están bien apropiadas. Neyreneuf estudió, tambien, el efecto de las puntas- sobre varias substancias en polvo extendidas sobre un disco conductor horizontal sin aislar. Con arena seca y fina, una punta positlva vertical distribuye la arena en forma circular, como lo hace un chorro de aire. Lo mismo_sucede con una punta negativa suficientemente apartada. Al aproximarla, se produce una accion centrípeta; la arena sube por la punta, es repelida á cierta altura y salta fuera del disco. Si se aproxima aún más la punta, se forma un promontorio circular, cuyo centro queda desnudo, rodea.do de una: depresion, en la cual la arena salta hácia la pun'ta. Estos efectos resultan del arrastr~ del aire por la electricidad que se dirige hácia la punta ·negativa, lo cual viene en apoyo de la éxplicacion de la potencia de las puntas en la teoría de un solo fluido. AccION DE UN CONDUCTOR CARGADO DE ELECTRICIDAD EN EQUILIBRIO.-La" electricidad esparcida por la superficie de un conductor, podrá tener en é1 una cantidad constante ó variable. relativamente á los varios puntos de dicho conductor. ·Cuando la densidad es constante~ se dice que la capa es homogénea, que

•

es el caso de una esfera conductriz electrizada. La accion de una capa homogénea sobre una masa de electricidad concentrada en un punto, ya interior, ó ya exterior á la capa, se podrá deducir, por cálculo, de las leyes de Coulomb. En ambos casos se la determina por los teoremas siguientes : I. Punto interior. - La accion de una capa eléctrt'ca homogénea sobre un punto interior es nula. Ó, dicho de otro modo: una masa eléctrica concentrada en un punto, en el interior de una capa esférica homogénea, está #empre en equilibrio. II. Punto exterror.-La accion de una capa esférica homogénea sobre un punto extert"or, . es la misma que si la masa eléctrt'ca de la capa estuviese acumulada en el centro de la esfera. Ambos teoremas se aplican al caso de una esfera electrizada llena, siempre que esté formada de capas concéntricas homogéneas. AccroN fROTECTRIZ DE UN CIRCUI;I"O ó CINTURA CONDUCTORA. - CÁMARA PROTECTRIZ DE F ARADA Y. - Del primero · de estos teoremas resulta que una carga eléctrica, por intensa que sea, esparcida por la superficie exterior de un conductor hueco, no ejercerá accionen otro conductor q:ue se coloque en el interior del primero, Faraday demostró experimentalmente esta curiosa consecuencia, encerrándose él mismo junto con aparatos propios para demostar la presencia de la electricidad (electróscopos), en una cámara de paredes metálicas, aislada por medio de sóportes. Electrizó fuertemenie las pafedes de esta cámara , y ni él · ni los aparatos manifestaron el menor indicio de electrizácion. · Dn_tejido metálico, de mallas más ó menos apretadas, podrá sustituir las paredes llenas de la cámara de Faraday, y el experimento se produce del ..mismo modo ; desde luego, una cámare de alambre, ó mejor dicho, una jaula, siempre que esté aislada, constituírá una envolvente protectora contra los efectos de la electricidad ambiente. COMUNICACION Y DISTRIBÚCION DE LA ELECTRICIDAD ENTRE LOS CUERPOS QUE ESTÁN EN CONTACTO. -Al poner en contacto dos cuerpos

308

FÍSICA INDUSTRIAL

conductores, electrizado el uno y al estado neutro el otro, la electricidad se divide y reparte entre los dos proporcionalmente · á sus superficies; y al separarles, gana el uno y pierde el otro electricidad en todos sus puntos . Si no son conductores, sólo habrá pérdida ·ó ganancia en los puntos de contacto. · En Estudio experimenta'! de Coulomb. dos superficies metálicas aisladas, qué se pongan· en contacto y ~e electricen despues, en esta posicion, la electricidad se distribuye diversamente por sus superficies, relativa!]le.nte á sus diámetros. Si estos son iguales, la den:.. sidad eléctrica en el punto de contacto es nula; es sólo sensible á 20 grados de este punto; aumenta rápidámen:te de 20 á 30 grados; más lentamente de 60 á 80 grados y se mantiene la misma de 90 á 100 grados. Si los diámetros están en la relacion de 2 : 1, la densidad, que es tambien nula en el punto· de contacto, es al principio más considerable en la esfera mayor; aumenta luego con mayor rapidez en la menor, y á 180 grados del punto de contacto, sobre ésta e·s donde se encuentra ·ta mayor densidad eléctrica. Teoria.-La distribución de la electricidad en·la superficie de dos ó más conductores en contacto, se determina por la ley siguiente, que es una consecuencia de las leyes de Coulomb. Dos ó más conductores electri1ados; y aislados, que· estén en contácto, se reparten la . carga total de electricidad, de tal modo ·que el potenciai eléctrico es el mismo en todos los puntos. Pérdida de electricidad.

DEFINICION DEL PENÓMENo.-Por más aislados que están los cuerpos electrizados pierden siempre más ó menos rápidamente su electricidad, c~ya pérdida se produce no tan sólo por los aisladores que sirven de soporte á los cuerpos electrizados, si que tambien por el aire y -los vapores -ql,ie contiene. Este es un fenómeno inevitable y contínuo, que limita la acum ulacion y. dificulta poder precisar bien las-mediciones electrostáticas. LEY DE Co-ULOMB. PÉRDIDA POR EL AlRE. El aire seco es muy mal :conductor; sin embargo, cuando está en contacto con los cuerpos electrizados, se electriza, y_se convierte

en una causa continua· de pérdida; una vez electriz¡id¡is unas moléculas, son repelidas; y otras nuevas ocupan el lugar de las primeras, que tambien se electrizan, para ser igualmente repelidas; de ahí una pérdida de electricidad tanto mayor cuanto mayor sea la carga. Coulomb ha estudiado este' fenómeno valiéndose de ' la · balanza de torsion, y · pudo sentar la ley siguiente: · En un aire tranquilo y cuyo estado higrométrico es constante, la pérdida durante uri tiempo muy corto es proporcional á la carga. Esta ley análoga á la de Newton relativa al enfriamiento; sólo se comprueba en cargas medianas, y no representa el fenómeno considerado en general. Esto ·obedece á que la pérdida no varia sólo con la densidad eléctrica, si que tambien con la especie de electricidad de que están cargados los cuerpos, ·así 1 como tambien con la naturaleza del niedio . ambiente, su presion, su temperatura y su estado higrómétrico. · Coulomb denomina coeficiente de pérdida la cantidad de ·electricidad que se pierde en un minuto para una carga igual á .la unidad.En sus experimentos determinaba el coeficiente de pérdida correspondiente á cada série de mediciones, y corregía éstas del error producido por la pérdida. EFECTOS ELÉCTRICOS EN EL AIRE ENRARECIDO. ~Pa_rece natural suponer que el aire que re:tiene la electricidad en la superficie de los cuerpos conductores deberia obrar tanto mejor cuanto mayor sea su densidad; y, sin embargo, si es así con relacion á las fuertes tensiones, ya no sucede lo mismo con las tensiones débiles. Antiguamente , Hanskbee, , y Gray, Dufay ·y Boyle despues, observaron las atracciones· ejercidas áe.ntr:o de :un reci.piente, por cuerpos aisladores electrizados, que conservaban sensiblemente su intensidad des pues de expulsado casi todo el aire, lo cual se explica por la adherencia dé la electricidad á la superficie de los .malos conductores. Operando en cuerpos buenos conductores, Davy suspendió de una espiga de platino que penetraba en uria cámara barométrica, dos hilos finos de platino ó de acero, y vió como se repelían en el vacío, al electrizar la espiga. Becquerel fijó un electrómetro e dentro de urr recipü¡nte·· (fig. 35) y ·sustituyó el boton ·

DISTRlBUCI0N

PÉRDIDA DE LA ELECTRICIDAD

p'o r un plato metálico a, al cual estaba aplicada una hoja de vidrio muy delgada. Frotó esta especie de electróforo con una pequeña muñeca f guarnecida de oro macizo, por medio de la espiga t que retiraba luego, y observó que las hojas de oro se separaban, efecto del fluido positivo, cuya separacion persistió durante dos dias cuando el aire, bien seco, del recipiente, sólo tenia I milímetro de presion. Estos importantes resultados pasaron casi desapercibidos, cuando Harris y Riess observaron tambien fenómenos análogos. Una espiga de metal que penetraba en un recipiente, sostenia en el interior una bola de cobre de 5 centímetros de diámetro, y comunicaba con un electrómetro situado al exterior. Electrizaron la espiga, y las bolas del electrómetro divergieron de 40 grados ; practicado el vacío en el recipiente, la divergencia no cambió en lo más mínimo. Obtuvieron idénticos resultados colocando el electrómetro dentro de la camp~na. Si á la bola electrizada se le aproximaba otra bola sem.e jante al estado neutro, cuya espiga atravesaba una tubulosa lateral de la campana, las bolas del electrómetro se aproximaban para separarse nuevámente cuando se retiraba la bola. EXPERIMENTOS DEMATEUCCI.-La mayorparte de estos experimentos se hicieron empleando la balanza eléctrica(fig. 36). Sobre un plano perfectamente bien labrado se coloca una campana provista de tres tubuladuras, en la cual se hace el vacío por un tubo de plorno t. La tubuladora del medio lleva el tubo micrométrico que sostiene el hilo de torsion, del cual pende la aguja b m. En uno de los extremos de· esta aguja hay una ·pequeña bofa hueca de plata dorada, preferible á una bola de sauco, que es poco conductriz cuando está sec~. Eri ~ hay una plaquita de mica que amortig1,1a las oscilaciones. La tubuladura r sirve para introducir varios gases que salen de Una vajiga V, y se purifican y desecan al pasar por bolas de Liebig. La tercera tubuladura cierra herméticamente y es la que lleva la bola aislada b de plata dorada. La misma tubuladura da paso á un tubo de vidrio delgado, atravesado por un hilo de cobre f f', susceptible de resbalar á través de un betun graso. El airé de la -camp_a na se deseca ~colo-

309

cando fragmentos de ácido fosfórico en ella, y lleva un arco dividido situado á la altura de la a-guja. El hilo de plomo g facilita la lectura de las divisiones. Para electrizar las bolas, se las pone en contacto, se introduce el hilo / f' de modo que las toque, y se electriza el extremo f con una botellita de Leyde. La bola de la aguja es repelida; se descarga inmediatamente el hilo . f f', y se le separa cuanto se pueda ; la bola móvil vuelve hácia la bola b, dividiendo su electricidad con ella. De esto dedujoMatteucci las nueve leyes siguientes: 1. ª La agitacion del aire hace disminuir la pérdida de electricidad. Para comprobar este inesperado resultado sacaba la bola b de la balanza y la dejaba en contacto con el aire durante diez minutos, ya erí estado de reposo, ó ya oscilando suspendida de un hilo de seda, ó se la hacia recibir . la vena de aire de un fuelle. Por último la colocaba nuevamente en la balanza para conocer la pérdida. Por ejemplo, si la torsion primitiva era de 195 grados y la desviacion de 20 grados, para conservar esta desviacion hubiera sido necesario reducir la torsion á 105 grados des pues de haber permanecido la bola diez minutos en el aire en reposo, y á 145 grados con relacional aire agitado. Este resultado se debe á que las moléculas del aire, hasta el más seco, toman electricidad á los cuerpos, electrizándose á sus espensas, y son entonces repelidas y reemplazadas por otras. Advertiremos, además, que estas moléculas, poco conductivas, necesitan cierto tiempo para impregnarse de electricidad, al igual que una bola de resina, que no se electriza en contacto con un conductor más qÚe cuando el confacto ha durado algun tiempo. 2. ª La pérdida depende de los cuerpos que se presentan á la bola durante su p ermanencia fu era de la balan1a. Por ejemplo, para una desviacion de 20 grados y una torsion primitiva de 188 grados, colocada nuevamente la bola en la balanza, al cabo de diez minutos da una torsion de 164 grados; colocada cerca de una esfera cargada de electricidad contraria 96 grados solamente, cuando esta electricidad era de la misma especie, ·en cuyo caso la pérdida fué la mayor; 136 grados, cuando_la bola permaneció en 1.m

3ro

FÍSICA INDUSTRIAL.

globo hueco sin aislar; y 105 grados cuando permaneció simplemente al aire libre. 3. ª En el aire y en los gases secos y puros, para cargas comprendidas entre ciertos límites, la pérdida es constante. Este resultado es contrario al que encontró Coulomb; pero debe advertirse que este físico no operaba en una atmósfera de aire seco. 4. º La pérdida es la misma en el aire, el hidrógeno y el ácido carbónico secos, tomados á la misma temperatura y á la misma presion. 5. º La naturaler_a del cuerpo electrir_ado no influye ni en la pérdida de electriddad ni en la ley de esta pérdida en los gases secos. Comprobó Coulomb esta ley valiéndose de una bola de sauco y de una bola de lacre, y Matteucci la comprobó tambien empleando una bola metálica y otra de goma laca. · 6. º La pérdida es la misma en los gases secos, tanto para la electricidad post'tiva como para la negatt'va, siempre que la tension no sea muy fuerte. Para las fuertes tensiones, el fluido negativo es el que se pierde más rápidamente. Con fuertes tensiones, observó Belli que el péndulo de un electrómetro de Henley, bajaba con más rapidez sobre un conductor negativo que sobre un conductor electrizado positivamente. 7. º En el aire seco, la pérdida aumenta con la temperatura. Matteucci operó tan sólo entre o y 20 grados; por dejar la goma laca de aislar entre 40 y 50 grados. Para hacer variar la temperatura de la balanza, la cubría con dos semi-manguitos llenos de una mezcla frigorífica ó de aceit~ caliente, algo separados para que permitieran observar la aguja. Con esto vió que la pérdida era la misma á o grados al cabo de 228 minutos, á 13'5 grados á los 205 minutos y á 22 grados á los 167 minutos. 8.º En el aire húmedo, la pérdida aumenta con la cantidad absoluta de humedad, y no en razon del cubo del peso de vapor contenido en el aire, como suponía Coulomb. Los experimentos se practicaron sustituyendo en la balanza (fig. 3 6), el ácido fosfórico, por las mezclas de agua y de ácido sulfúrico empleadas por Regnault en sus investigaciones higrométricas.

En el aire húmedo, á 76 centímetros de presion y á la temperatura de 13 grados, cuando la fuerza eléctrica del vapor está comprendida entre o' 134 y 3 '699 milímetros, la pérdida de electricidad aumenta con menos rapidez que la cantidad de vapor, y. le es proporcional de 3'699 á 9'991 milímetros. Los vapores bien desecados de alcanfor, de asafétida, de éter y de algunos aGeites esendales muy puros, no aumentaron la pérdida de electricidad en el aire seco. 9. º La pérdida de electridd,zd en el aire seco es tanto más lenta cuanto más enrarecido esté este gas. Hemos citado ya los experimentos de Harris sobre este particular; Matteucci. los repitió empleando un aparato distinto y obtuvo iguales resultados. Por ejemplo, un electróscopo de hojas de oro perdía toda su carga en 3 ó 4 horas, en el aire seco á 76 centímetros de presion, y .al cabo de dos días solamente, en el aire enrarecido á 3 milímetros. Este resultado se explica por el menor número de moléculas de aire que tocan al cuerpo electri-. zado. Matteucci atribuye la pérdida por el aire, á la conductibilidad del gas, que trans., porta la electricidad de una á otra molécula, · sin que permita la repulsion de las moléculas de aire en contacto más que para las fuertes cargas. , Todo cuanto precede supone que · la carga es suficientemente débil para que la pérdid~ se produzca lenta y ·regularmente. Si es fuerte, existe pérdida rápida al principio, ó descarga, que limita la carga máxima que el aire puede conservar en el conductor, y ya veremos que ésta es sensiblemente proporcional á la presion. · PÉRDIDA POR LOS SOPORTEs.-Coulomb demuestra que los soportes llamados aislado_res no aislan jamás completamente, s· que, además, s0n causa de una pérdida muy _notable de electricidad en los cuerpos muy electrizados. Esta pérdida disminuye gradualmente y permanece constante así que el potencial se encuentra muy debilitado. Puede llegará ser despreciable si se da suficiente longitud á los aisladores, en cuyo caso se dice que el aislador es perfecto. La longitud de U:n aislador perfecto es, segun Coulomb, proporcional al cuadrado del

DISTRIBUCION ·Y PÉRDIDA DE LA ELÉCTRTCIDAD

3 11

potencial del cuerpo que se aisla. La goma pasando por el cuello de la botella. Este molaca parda y la ebonita se emplean muy co- vimiento del fondo, que afecta la forma de munmente como aisladores perfectos. El vi- un tubo cilíndrico hueco, constituye el sodrio, por ser higr oscópico, debe desecarse con porte de los conduct,ores que deben aislarse, mucho cuidado. platinas, esferas, etc. La desecaciori del tubo , AISLADOR MASCART.-El at'slador perfecto y del aire que le rodea se hace y mantiene de Coulomb, lo ha realizado últimamente completa por medio de una capa de áddo Mascart. Consiste en un soporte de vidrio de sulfúrico manohidratado que se vierte en-la forma especial, constituido por un frasco ó botella. El aire se remueva eri ella con mucha botella A (fig. 3 7) cuyo fondo sube por el dificultad, por cuanto el intervalo que existe interior y surnerje verticalmente al ex terior entre el tubo y el cuello es muy estrecho.

C-APÍTULO IV Consecuencias de las leyes de Coulomb.-Nociones fundamentales sobre el potencial eléctrico.

OTENCIAL DE UN CONDUCTOR ELECTRIZADO : Drr:lNICION EXPERIMENTAL-La expresion potenct'al eléctrico, que ya hemos ,'C empleado anteriormente, fué 3 introducida en la ciencia por Green, en 1828. Corresponde ~ ~; á una propiedad de la electricidad, perfectamente bien deslindada de las que hemos estudiado, ó indicadas antes con los nombres de carga ó masa eléctrica, y de densidad ó espesor. Desde luego es fácil poder dar una definicion experimental del potencial eléctrico para el caso .de un cuerpo conductor aislado, cargado de cierta capa de · electricidad en equilibrio, cuya definicion resulta de los dos fenómenos siguientes: · _1•• caso.-Si se toca el conductor en distintos puntos con un disco de prueba y se lleva éste, despues de cada contacto, á la balanza de Coulomb, se observará cada vez, en general, una repulsion diferente. Esto demuestra que la densidad eléctrica no es siempre la misma en los varios puntos del conductor, por más que se encuentre en un estado eléctrico permanente. Más, si por medio de un hilo metálico muy largo y muy fino, se une un punto cualquiera del cuerpo con la pequeña bola fija de una balanza de Cou-

lomb, la bola móvil, debidamente electrizada antes del mismo modo, experimentará cierta repulsion, que se medirá por cierto ángulo de desviacion . Si se une otro punto cualquiera del conductor, se observará siempre la misma repulsion. Esta fuerza de repulsion es pues, característica del estado eléctrico del conductor, carácter análogo al que se observa en un termómetro cuando se le sumerge en una region cualquiera de un cuerpo uniformemente calentado. _ Si se toma como disco ó plan de pru!;ba una esfera cuyo radio tenga un centímetro, y se la pone en comunicacion con un punto cualquiera del conductor electrizado por medio de un hilo largo y fino, la carga que tomará esta bola en estas condiciones se llama el potenct'al del conductor. Sean dos cuerpos A y B, que 2. caso. cada uno tenga un potencial distinto V. y Vb: supongamos V.> Vb. Pongamos dos puntos de estos cuerpos en comunicacion por medio de un hilo metálico largo y fino. Experimentalmente se observará siempre que el potencial de A disminuye y que el potencial de B ·aumenta hasta alcanzar ambos uñ valor intermedio V' tal, que se tenga 0

V.> V ' >Vb

CONSECUENCiAS DE LAS LEYES DE COULOMB Mientras dura el estado variable del potencial, la electricidad va pasándo de A á B; es decir, del cuerpo que posee el potencial más alto al que tiene el potencial más bajo. Por el hiio conductor pasa entonces una corrlente eléctrica que cesa al igualarse los potenciales. A sí es como la electricidad estática pasa al estado ele electricidad dinámica. Experimentos.-Estos pueden ejecutarse electrizando dos conductores esféricos A y B, ele radio R el uno y d~ radio 2 R, el otro, cuyas superficies serán , por consiguiente, S y 4 S. Si se les da cargas Q y Q' que estén en la misma relacion que sus superficies, la densidad eléctrica será la misma en ambos conductores, puesto que se tiene:

- ~·- 4 Q º-

s·

Podrá comprobarse esto ~xperimentalmente tocando con el plan de prueba dos puntós cualesquiera M y N ele los dos conductores. Si se les pone en comunicado~ por medio ele un )lilo metálico larg~ y fino, que una los dos puntos M y N, se verá que la electricidad pasa ele la esfera mayor á la menor, por cuanto el potencial de la primera es más alto que el de la segunda. El segundo caso evidencia el alcance y el sentido de-1 primero, puesto que al unir un punto cualquiera ele un conductor electrizado con la bola fija, se produce una corriente eléctrica que va del conductor á la bola, hasta que está ca_rgacla ésta ele una cantidad ele electricidad tal, que su potencial iguale al del conductor. Como la bola es muy pequeña y el hilo conductor muy fino, la cantidad de electrici- . _d ad necesaria para dar este potencial al hilo y á la bola es insignificante, comparado con la carga del conduc·tor. Este es el motivo porque se toma una bola muy pequeña y un hil~ muy fino, para ser posible comprobar el primer caso. Se toma, además, un hilo muy largo, para que la bola se encuentre á gran distancia del conductor y no exista influencia electrostática entre ellos. En esto sucede lo mismo que cuando se · evalua ia temperatura de un espacio p_o r medio del termómetro ele mercurio. La masa del 'instrumento se toma siempre muy pequefía FÍSICA IND.

para que la cantidad ele calor que absorbe para ponerse en equibrio de temperatura con el espacio sea despreciable comparado con la cantidad ele calor total ele dicho espacio. Conclusion.-Siempre que un conductor electrizado unido á otro conductor, por medio de un hilo metálico largo y fino, ceda ó tome electricidad á este último, probará la existencia de un potencial más ó menos eleva_do que él; cuando no haya transmision de electridad ele uno á otro, esto demostrará que el potencial es el mismo en ambos. La nocion de potencial corresponde, pues, á una propiedad de la electricidad que, en los cambios de electricidad entre dos conductores, desernpefía el mismo papel que la fuerr_a elástica de los gases ó que la presion hidróstática de los líquidos, en los cambios de gases ó de líquidos entre dos recipientes, ó tambien cu1e la temperatura.'en los cambios de calor. A causa de esta analogía es porque á veces se da al potencial eléctrico los nombres de nivel eléctrico ó de temperatura eléctrica. Definicion matemática del potencial eléctrico en un punto.-Para poder dar la definicion del potencial de un conductor" electrir_ado se principia por definir el potencial de un punto (ó en un punto) en donde se suponga concentrada la unidad de electricidad positiva. El caso ~ás sencillo es el de un punto M qu~ se encuentra en un campo eléctrico reducido á una masa eléctrica q concentrada en otro punto A. Sea r la distancia del punto M al punto A. Se llama potencial del punto M la relact'on

!L, entre la masa actriz y su distancia r

al punto

M (fig. 38). Esta relaciones, pues, una funcion muy sencilla de la distancia r, y tiene el mismo signo qU:e q. Generalmente se la repre~ senta por la letra V, en esta forma:

V=+iL - r. en donde V es positiva ó negativa segun sea positiva ó negativa. la masa eléctrica actriz. PROPIEDADES DEL POTENCIAL-Esta funcion posee las propiedades siguientes: I.-Si se toma la relacion (

~~)

T. 11.-40

del au-

FÍSICA INbt1STRIAt

_m ento (ó V) de la funcion V al aumento (ó r) de la variable r, y se hace que 6 r tien-

denadas adquirirán aumentos correspondientes ó x, ó y, 6 1 . Tal como se considera la rela-

;enderá hácia un

. ó V se po d ra' cons1'derar una d e 1as rec10n tfr

límite, que, tomado con signo contrario, representará, en grandor y en signo, la fuerza eléctrica en este punto. En efecto, si la carga q es positiva ejercerá en M (fig. 39), sobre una masa positiva igúal á r, una fuerza repulsiva representada por

. óV óV AV lac10nes ~ ' ó ~ ' ó - 1 {. Tal como se

da á cero; la relacion

L, r'

siendo F positiva.

Como el potencial M es positivo é igual á

!L, r• si á r se le dá el aumento

V, el poten-

cial se convierte en

ha calc~lad~ el límite de la relacion

~~ ,

cuando ó r tiende á cero, se podrán calcular igualmente los límites correspondientes de . bV . óV 6V las relaciones--, --A-, -A--. llx u.y _ 1 Sabido esto, si se desea obtener la componente de la fuerza eléctrica que se ejerza en M, en una cualquiera de las direcciones O x, O y, O 1, bastará aplicar la siguiente propiedad del potencial. El limite de la relacion .6. V , tomado con

y resulta Á

--¡;-:¡;- =

(

ó r

q + ó r - ; ) = _r_•_+_r_q...,..-ó_r ·

signo contrario, representa en grandor y en signo la componente de la juer1a eléctrica en direccion de O x. Se tendrá. pues

Haciendo de modo que ó r tienda á cero, el denominador tenderá háci r' y se tiene: ·

.· ( 6V)

F x=-hm. - - -· ' 6_ X

ó V -q L1m. -A-=--.u. r r .

así como tambien

de donde - ( lim.

~~ ) =

. ~ V F y= - l1m. - 6Y

;, = F.. .

Igual resultado se obtendrá considerando una masa q de electricidad negativa. El límite~ de la relacion

es lo que se

llama la derivada de la funcion V con relacion á la variable r. II.-Referido el sistema de los puntos A y M á tres ejes rectangulares O x, O y, O 1 (fig. 40), el punto M quedará · definido por tres coordenadas x, y, 1, y el punto A por otras tres coordenadas x,, y,, 1,, y la distanciar de estos dos puntos se obtendrá con la fórmula ya conocida:

"V . = - ]1m.-=--6 X

llamando F x, F y, F 1, las:componentes de la fuerza F, segun las direcciones O x, · O JI,

o{· Hemos visto ya, en Mecánica, ·a1 buscar la expresion analítica de los momentos de una fuer 1a con relacion á tres ejes rectangulares, que la componente de la fuerza eléctrica, segun una direccion cualquiera O x, es en general: Fx=F

X--::-X,

que se convierte en Fx= q(x-:x,) Por consiguiente, el potencial V del punto (1) rª M, que es una funcion de r, será necesariaq mente una funcion de las tres coordenadas = cuando F r• . x, y, 1; si se já á r un aumento ó r, las coor- .

CONSECUENCIAS DE LAS LEYES DE COULOMB

Si se calcula, por el procedimiento ante. . /\ V .· nor, e11'1m1·te de 1a re 1ac10n ~ x -, se tiene:

. 6 V _ q (x· - x;) l lffi -/\-- _x ra

(2)

y, como •

Comparando las ecuaciones (1) y (2) resulta: .

!L r

V'=..!1.

se obtiene, por último

T=-(V'-V).

F x= -hm. -/\-. _x

SIGNIFICACION MECÁNICA DEL POTENCIAL-De

Del mismo modo se obtendrá: F y --

6. V q ( y - y,) 1· ª - - 1m. - 6y r

Ft= q(r-:-t,) =-lim. ~v. . r. ~ i

esta última propiedad se podrá deducir la significacion mecánt'ca del potencial en un punto. Si en vez de ser M' un punto próximo á M, se aleja de él al infinito, se tendrá r' = co; y, por consiguiente V= o, puesto

que V' es siempre igual á -2,. r Llamando T el trabajo correspoqdiente, se- · Desde luego, el potencial permite encontrar no tan sólo el valor de la fuerza eléctrica gun la anterior ecuacion, se tiene T = V. en el punto cor+si<l:erado, sí que tambien las Desde luego podrá decirse que el potencial componentes de esta fuerza en una direccion en un punto es igual al trabajo que efectuacualquiera. rla la juer1a eléctrica en este punto para reIII.-El trabajo efectuado por la · fuerp peler la unidad de electricidad positiva, desde eléctrica para mover la unidad de electrici- M·hasta el in.fint'to. dad positiva entre dos puntos · M y M' del Este trabajo seria evidentemente el mismo campo, está representado por la variacion si la fuerza atrajese la unidad de masa positiva (tomada con- signo contrario) del potencial desde el infinito hasta el punto considerado. Tomando esta propiedad del potencial _c omo entre estos dos puntos. Así se tiene: - definicion se dedu~e, como propiedad, la fór. T= -(V'- V).

mula V

= -+ .!l.r .

Por definicion el potencial en urí pqnto POTENCIAL DE UN PUNTO CON RELACION Á UN es esencialmente variable, así como tambien SISTEMA CUALQUIERA DE MASAS ELÉCTRICAS.la fuerza eléctrica, relativamente á la posi- Hasta aquí hemos examinado el caso en que cion de este punto en el campo eléctrico. ,el campo eléctrico está constituido por una Así, en un punto M' (fig. 39) el potencial sola masa eléctrica actora; de este caso simse convierte en V ' (siendo V' mayor 6 menor ple se pasa naturalmente al de un campo elécqlle V), y la fuerza en F' (siendo F' igual á trico constituido por un número cualquiera de masas eléctricas actrices. Estas masas pue. 6 V' ) -(11m. 6 r ) . den ser aistintas ó estar reunidas en un conSi se supone que la unidad de masa positiva ductor único electrizado. se mueve eñ el campo, de M á M', bajo la La definicion del potencial es la misma, é accion de la fuerza eléctrica (fig. 39), ésta igual á la suma de los cocientes !L, ejecutará un trabajo fácil de evaluar, bastan. r r do aplicar, para ello, la definicion relativa al q'' . - ,, ..... que corresponden á cada una -de las trabajo de una fuerza variable en grandor y r masas que obran sobre el punto M. Así se en direccion, representada par f r tiene: Llamando r y r' las distancias de los pun- q . q' q'' . , -:- -t- 1: .!l. . V--+ -r ,+ -,,--+. .- r ' tos M y M' 1 se eucontr.ará por cálculo; r r

='.!l..

316

FiSICA INDUSTRIAL

Cada uno de los términos de esta suma es positivo ó negativo, segun la naturaleza de la electricidad concentrada en el punto correspondiente, y el potencial es la suma algebráica de estos cocientes. Si las masas eléctricas son distintas, se obtiene el potencial resolviendo una simple suma algebráica. Si el fluido ocupa una superficie continua, de forma geométrica defiµida, se calcula el potencial ·por los procedimientos· del Cálculo integral. Las propiedades del potencial son exactamente las mismas para el caso de un sistema de masas eléctricas que para el de una sola masa actora. La fuerza eléctrica en M es la resultante de las fuerzas concurrentes que provienen de las distintas masas (fig. 41). Las componentes X, Y, Z de la tuerza eléctrica en sentido de los tres ejes son: Fx=-lirn F Y= -lim F

= -lim

llamando Q la masa total; así tendremos: F

!: V

= -lim

Para encontrar V debe calcularse la funcion, cuyo límite de relacion entre su aumento y el aumento de su variable sea la canti-

q , que es _g_. Luego, el potencial

dad -

de un punto M exterior á una capa eléctrica esférica en equilibrio con relacion á esta

capa es ~ . . · 2.º Punto interior á la esfera.-Sabemos igualmente que, en este caso, la accion es nula .. Así tendremos F = o, de lo cual se

Para determinar esta constante se podrá elegir un punto interior cualquiera. Tomemos el centro, por ejemplo, y tendremos, con relacion á este punto, llamando R al radio de la esfera,

!.:_V

funciones parciales _!1_ que componen la r _!L ; el primero de estos r límites parciales representa la proyecéfori so~, bre el eje de las O x de la fuerza eléctrica correspondiente, y F x es precisamente la suma de estas proyecciones. Sucede exactamente lo mismo con relacion á F y y F 1. · EJEMPLOs.-Potencial de un punto con relacion á una capa esférica en equilibrio . Sabernos que una capa esférica en equilibrio es necesariamente homogénea, es decir, de igual espesor en todos sus puntos. En ello hay dos casos á considerar. r.º Punto exterior situado á una distancia x del centro.-Segun hemos dicho, al tratar de la accion de un conductor cargado de electricidad en equi,librio, sabemos que, la accion es la misma que si toda la ·capa eléctrica

R+ -R+.

;

deduce que - ( lim

suma de los límites de los aumentos de las

F--9:__ x•

El límite de la relacion _~: es igual á la

funcion total V ó

estuviese concentrada en el centro de la esfera. Así, pues, la fuerza serú:-

) es una constante.

¡ (q+q·+ ... .

)=~-

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Ó SUPERFICIES DE NIVEL. - Dado un conductor electrizado, de cierta forma ·c (fig. 42), Jos varios puntos del espacio ambiente rio tendrán el mismo potencial con relacion á este conductor. Sin embargo, podremos suponer el espacio dividido en superficies geométricas en las cuales el potencial tenga el mismo valor en todos los puntos: á cada una de estas superficies se la llama superfict'e equipotencial ó superficie de nivel, con relacion al siste_m a _eléctrico dado. El valor del potencial sólo varia cuando pasa de una superficie equipotencial á otra. Por ejemplo, si el conductor electrizado se reduce á un punto, las superficies de nivel serán esfei-as concéntricas á este punto. Propiedades de las superficies equ.ipotenciales.-La juer1a eléctrica ejercida por un sistema el-éctrt'co C (fig. 42) en cada punto del

CONSECUENC[AS' DE LAS LEYES DE COULOMB espacio es normal á la supe•rficie equipotencial de este punto. Si buscamos la componente de esta fue_rza en sentido Ox de una tangente cualquiera á la superficie, segun un teorema ya demostrado, tendremos: /\; Vx ) . F x= - ·( lim llamando ~ x el aumento de distancia paralelamente á la tangente, y!>.. V al aumento de potencial correspondiente. Como la tangente á la superficie en el punto M tiende á confundirse con la misma superficie; el aumento de potencial en sentido de la tangente tenderá á confundirse con el aumento de potencial, segun una línea. de la superficie. Mas, por definicion, todo aumento de potencial segun una línea cualquiera de la superficie es nulo, puesto que la superficie es eq uipotencial; así, · tendremos:

y y,porlotanto,

. A V l lm - - =o ~X

Fx=o.

Sucederá exactamente lo mismo con cualquier otra componente de la fuerza, segun una direccion cualquiera que sea tangente á la superficie ep. el punto M; luego, la fuerza es perpendicular á todas las tangentes al rededor de un punto considerado, y, por lo tanto, nor. mal á la superficie. LÍNEAS DE FUERzA.-Imaginemos una série de superficies de nivel infinitamente aproximadas unas á otras. En un punto M de la primera (fig. 43), la fuerza se· dirige en sentido de la normal, la cual corta la segunda super.a. ficie en un punto M'; en este punto la direccion de la fuerza es igualmente ~ormal, y así siguiendo. La série de estos elementos de normal, infinitamente pequeños, forma una curva, que se conoce con el nombre de línea de juerr_a, la cual sé defii1e por la propiedad que tiene de que en cada uno de sus puntos la juerr_a eléctrica es tangente á la curva. Por cada punto del espacio pasa una linea de /uerr_a, así como tambien una superficie eqiupotencial. Dado un siste.m a cualq1.+iera de masas electricas, sus acciones atractivas ó repulsivas no se ejercen á distancias infinitas, .en el es::

31.7 pacio ambiente. A cierta distancia, que· varia con la cantidad de electricidad, estas acciones so·n despreciables. Hemos definido el campo eléctrico cl.iciendo que es la porcio.n del es·pacio ambiente en donde son sensibles estas a..cciones; pero esto se refiere únicamente al _ campo eléctrico de un conductor electrizado en ~el cual quepa. considerar ·las superficies equipote,:icia'tes y las líneas de juerr_a. POTENCIAL DE LOS CONDUCTORES ELECTRIZADOs.-Cuando un conductor electrizado se encuentra aislado en el espacio, es decir, que los cuerpos que le rodean están bastante apartados para que no ejerza influencia en ellos, su potencial depende únicamente, entonces, de la carga eléctrica esparcida por: su propia superficie. Más adelante demostraremos que, cuando la carga se encuentra en equilibrio, su potencial es el mismo en todos sus puntos; al de uno cualquiera de ellos es á lo que se llama el potencial del conductor. Por ejemplo, con relacion á una esfera metálica electrizada, se . obtendrá el potencial calculando la fraccion para el centro. Si 'Res el radio, se tiene: q

V=.r R

q +q'+q''. R

en donde Q es la carga total de la esfera. Desde luego, una esfera de rádio l, cuya carga sea igual á la unidad, su potencial será tambien igual a la unidad. POTENCIAL DE LA TIERRA.-La tierra se puede considerar como un conductor de dimensiones infinitas, y si se la supone en estado de equilibrio eléétrico, su potencial debe ser constante en todos sus puntos. Calculando el de su centro, se tiene:

V=~!l... r

En general, puede suponerse despreciable en cada término el numerador con relacion al denominador y así la traccion es nula, esto es V =o. Esto se confirma experimentalmente, puesto que todo conductor eiectrizado positivo ó negativo, que se ponga en comunicacion con la tierra, vuelve inmediatamente al estado neutro; ..s1,1 potencial es, pues, Jlulo,. y segun

FÍSICA

INDUSTRIAL

la teoría, debe ser en este momento igual al del suelo. CONDICION DE EQUILIBRIO ELÉCTRICO EN UN CONDUCTOR.-El equilibrio sólo puede existir en un conductor electrir_ado cuando todos sus puntos tienen el mismo potencial. · Sean dos puntos M, M' situados en un campo eléctrico. Supongamos que forman parte de un mismo conductor, y que sus ·potenciales V y V' sean distintos. Sabemos ya que el trabajo desarrollado por la fuerza eléctrica, para transportar la unidad de electricidad positiva de M áM',es igual á-(V'-V). Luego, llamando F la fuerza, supuesta constante, que se ejerce entre estos dos puntos, tendremos: V-V'=Fe V-V' F = ---e

Si V - V es mayor que cero, la fuerza espositiva, y por consiguiente repulsiva y dirigida de M á M ', es decir, en sentido del potencial decreciente. Lo contrario se verifica si V-V' es menor que cero, esto es, si el potencial va aumentando, en vez de decrecer de M á M '. En ambos casos se produce un movimiento-de electricidad de M á M' ó inversamente, y sólo existirá equilibrio cuando V - V= o, esto- es cuando V =V'. La consecuencia natural que se deduce es que la superficie de un conductor electrizado en equilibrio, es por sí misma una superficie de nivel. EXPRESION DE LA DENSIDAD EN UN PUNTO DE UN CONDUCTOR ELECTRIZADO EN EQUILIBRIO.La capa eléctrica homogénea que cubre un conductor en equilibrio, forma, pues, una superficie de nivel. Mas, si la componente tangencial de la fuerza eléctrica es nula relativamente á un punto cualquiera de la capa, la componente normal tendrá un valor bien determinado en cada punto, por ser la misma la /uerr_a eléctrica. Así, la electricidad esparcida por la superficie de un conductor es repelida normalmente en cada punto, y sólo se mantiene en la superficie por la resistencia del medio ambiente. Caso de una esfera.-La capa.de electricidad es ·homogénea. Si llamamos e;- la densi-

dad, R el radio de la esfera, Q la carga, se tiene: (1)

F=~,

(2)

Q=41tR 1 r

de donde se deduce

F = 41tr (4)

r=-F. 4 7t

Caso de un conductor cualquiera.=La fór< mula (3) es general y se aplica á un conducto1 de forma cualquiera. En el caso general, la fuerza F en un punto, se puede representar en funcion de la variacion del potencial. Sea V' el valor del potencial sobre .u na superficie de nivel infinitamente cercana á la del conductor, y sea e la cantidad de normal comprendida entre las dos superficies. Como antes, se tiene: V ' -V

F=- - - e

y sustituyendo este valor en la ecuacion (4), resulta: I

V'-V

r=---. - -- e 41t

PRINCIPIO DE LOS CONDUCTORES ELECTRIZADOS COMUNICANTEs.-Este principio es una consecuencia directa de la condicion de equilibrio de una capa eléctrica en un conductor. Entre dos conductores electri:i¡_ados, puestos en comunicacion por medio de un hilo metálico, no podrá existir equilibrio más que cuando el potencial sea igual en . todos los puntos. Así es, en efecto, por cuanto estos dos conductores ya no forman ·más que uno solo, al cual se aplica la condicion general de equilibrio eléctrico. Al poner en comunicacion dos conductores de potenciales distin~os, se producirá necesariamente un movimiento de fluido que irá de uno á otro, y se pasará al caso en que el conductor de potencial más elevado da electricidad al conductor de potencial menos elevado, hasta obtener igualdad entre ambos. Esta propiedad se comprueba experimentalmente y con ella es con que se ha definido antes el potencial.

CONSECUENCtAS DE LAS LEYES DE COULOMB CAPACIDAD ELÉCTRICA.-El potencial de un fórmula de definicion, de que ya trataremos, conductor electri1ado en equilibr{o es propor- á las unidades fundamentales C. G. S. (cencional á su' carga eléctrica total. tímetro-gramo-segundo). Esto es lo que se llama la unidad absoluta Por definicion tenemos V=~ .!L ; por con. r ó la unidad C. Q. S. de capacidad eléctrica. sjguiente, el potencial es una suma de fracEn la práctica, esta unidad seria excesiva ciones de las cuales cada una tiene por nume- para los usos corrientes, por cuyo motivo se rador la masa de cada uno de los puntos del la sustituye por una unidad secundaria <l;e caconductor. Si cada una de estas masas es dopacidad, que vale ~ de la unidad absoluta. . 10 ble, triple, cuádruple, etc., cada término !L r Esto es lo que se llama el-farad. Así, las cade la suma estará multiplicado en la rnisma pacidades se representan en /arards, como relacion, sucediendo lo mismo con su suma. los potenciales en volts y las cantidades de Así, tendremos: · electricidad en coulombs. FRACCIONAMIENTO DE LA ELECTRICIDAD ENTRE V -C ó bien Q=CV VARIOS CONDUCTORES.'° ECUACION DEL EQUILIQBRIO ELÉCTRICO~-Sean, por ejemplo, tres conen donde Q representa la carga total del conductores electrizados en equilibrio, cuyas capaductor, V su potencial y Cuna constante que cidades sean C', C", C'", y los potenciales V', depende á la vez del conductor y del campo V", V"'; sus cargas (¿, Q', Q" estarán comeléctrico en donde se encuentrá. Esta cons- pletamente determinadas. Mientras permatante C se llama la capacidad eléctrica del nezcan aislados uno de otro, _p ersistirá indeficonductor. nidamente el equilibrio eléctrico en cada uno Segun la ecuacion que define la capacidad, de ellos. Si se les po~e en comunicacion entre se vé que reprenta la cantidad de electricidad sí, se producirá un movimiento de electricide que debe cargarse el conductor para que dad seguido de un nuevo estado de equilibrio, tenga un potencial igual á l. que se restablecerá cuando el potencial sea el Al poner un conductor en comunicacion mismo en todos los puntos. Por otra parte, con un caudal de potencial constante V, ades evidente que la cantidad total de electriciquiere una carga Q completamente determi- dad no ha cambiado, y sí sólo se ha distribuido nada por -su capacidad eléctrica C; al igual de modo á igualar los potenciales. El éonque cuando se pone cierto peso de una sus- junto de conductores constituye ahora un tancia en comunicacion con un caudal calorí- conductor único, cuya capacidad C es igual á fico de temperatura constante T, adquiere una la sumad.e las capacidades, y se tiene: cantidad de calor Q completamente determi(1) C=C'-f-C" +C"' nado por la capacidad calorífica C, y se tiene: así como tam bien Q=CT. (2) Q = Q· Q' Q". UNIDADES DE CAPACIDAD ELÉCTRICA: UNIDAD Estas dos ecuaciones determinan el nuevo ABSOLUTA (C. G. S.) Y UNIDAD PRÁCTICA.Las capacidades eléctricas se evalúa por men- p~tencial V, como, en efecto se observa, por dio de una unidad particular, ligada por una definicion:

+ +

V=c=

Q + Q' + Q "

+ .. .

Esta ecuacion puede escribirse bajo la forma general siguiente :

. y~ (C') = ~(V' C')

+ V"' C c+c"+º'' +· ..

V' C' + V" C 11

111

es decir, que el potencial final multiplicado por la capacidad total es igual á la suma de los productos análogos hechos para cada _conductor parct'al .

FÍSICA

INDUSTRIAL

Esta ecuacion recuerda tambien la relativa á la mezcla de los gases

V'C'-V'C' . C'+C' = o

V _=

V P = 1: (v P)

Q=2CX0=0

· en la cual V P representa el p,roducto de la presion final de la mezcla gaseosa por el volúmen total, y I: (v P) la suma de los productos análogos para cad,a uno de los gases mezclados. Esto demuestra una vez más la analogia entre el potencial eléctrico y la fuerza elástica de un gas.

es decir, que los dos conductores vuelven al estado neutro. 4. Si uno sólo de los conductores es el electrizado

CONSECUENCIAS Y CASOS

PARTICULARES. -

Con relacion ~ dos conductores electrizados, la fórmula se convierte en

v-. -

V'C' C' C''

C'+C"

C' = V' -=----=C' + C''

y si C ' = C",

1. º

' V' C'+V" C" V= C' +c" 2.º Si las dos cargas y las dos capacidades son idénticas, se tiene :

V'C' - - =V' 2C'

y la carga total

= 2V·. 2

El potencial varia, pues, en razon inversa de la capacidad. MÉTÓDO PARA LA MEDICION DE LOS POTEN-

CIALES.-Si la capacidad C' de uno de los conductores ~s muy grande con relacion á la del otro, de modo que esta última sea despreciable, suponiendo que el último conductor esté al estado neutro, se tendrá :

Q=2 V'C =2Q'

V=V'

es decir, que el potencial permanece el mismo, y la carga total es doble. 3. º Si las dos cargas son íguales y de signos contrarios,

es decir, q_ue el potencial no cambiará. Este es el caso particular que se aplica á la mediciolJ experimental del potenci'al de un conductor electrb,.ado .

CAPÍTULO V •

Influencia ó induccion electrostática.

LECTRIZACION POR INFLUENCIA Ó POR NDUCCION.-Hasta aquí, para la electriza~ion de los conductores, hemos procedido de dos modos, . el uno directo, por frotamiento, y el otro indirecto, por el contacto de un cuerpo electrizado. Pero existe un tercer procedimiento; , esto es, la electrizacion á distancia, que ser~suelve colocando un cuerpo conductor neutro en un campo eléctrico suficientemente intenso, ó cerca ~e los cuerpos conductores electrizados. Este es el fenómeno que constituye la influencia ó inducci'on electrostática. Se llama inductor, el cuerpo que electriza por induccion; é inducido, €1 que es electrizado. lNPLUENCIA EN LOS CUERPOS BUENOS CONDUCTORES.-Estudio experimental.-Se toma un cilindro de laton A, aislado, en·cuyos extremos se colocan dos pequeños péndulos eléctricos. Estos péndulos están formados por bolas de sauco suspendidas por hilos de cáñamo, que son conductores, y están fijos á unas espigas metálicas (fig. 44). Al colocar este cilindro á cierta · distancia de un caudal de electricidad positiva M, se observa la série de fenómenos siguientes: 1. Los dos péndulos divergen inmediata0

mente, lo cual demuestra la electrizacion instantánea. 2. Si se presenta al péndulo, más próximo al caudal, una barrita de lacre electrizada negativamente, se observa una repulsion, lo cual prueba que el péndulo está cargado de la misma electricidad que el lacre, es decir, de electricidad negativa. Presentando al otro pé,ndulo un tubo de vidrio frotado, Sy observa igualmente repulsion; luego este péndulo está electrizado positivamente. Por lo tanto, un cuerpo electri1ado por influencia y aislado posee a la ver_, en sus extremos opuestos, las dos especies de electricidad al estado Ubre. 3. Línea neutra. - Entre estas regiones electrizadas, en sentido contrario, se encuentra necesariamente una zona al estado neutro. Esto se comprueba disponiendo varios péndulos á lo largo del cilindro, y se observa que su divergencia decrece rápidamente á medida que se alejan de los extremos y es nula en cierto número de puntos que constituyen la línea neutra. Esta línea no se encuentra nunca en el centro del cilindro; su posicion depende de la carga eléctrica y de la distancia del cilindro al cuerpo inductor; sin embargo, está más cerca siempre del extremo próximo á dicho inductor. 0

T. II.-41

Ffs1cA IND. ;

FÍSJCA lNDUS'fRIAL 4. º . Al cesar la influencia las dos electridad, que puede ser/"por ejemplo, un pan de cidades se recombinan, y pasa el cuerpo al resina electrizada negativamente. Al instante estado neutro, como lo demuestra el que los los péndulos divergen, y la separacion no péndulos caen al separar el inducido A del puede ciertamente atribuirse aquí á la atracinductor, ó desde que se dá á éste el estado cion de la electricidad de la resina, por cuanto esta atraccion tenderá á conservar la posineutro. Esto demuestra, además, que las cargas eléc- cion vertical al péndulo. Esto demuestra que tricas, positiva y negativa, en los dos extre- el extremo A está electrizado. CANTIDAD DE ELECTRICIDAD INDUCIDA: TEOmos del cilindro, son . iguales .. Sin embargo, esto no es verdaderamente exacto más que REMA DE FARADAY.-La cantidad de electricicuando la accion ind uctriz ha sido poco prodad inducida depende á la vez de la carga del longada, puesto que, siendo la pérdida por el inductor y de la extension de superficie del aire y por los soportes mayor para la electri- inducido que se encuentra en frente del indad repelida que para la electricidad atraida, ductor. En el caso particular en que el inducel cilindro permanece cargado de electricidad tor cubra completamente al inducido, se determina por el teorema siguiente, debido á contraria á la del inductor. 5. º Permaneciendo aun el conductor elec- Faraday. Un cuerpo conductor electrb,.ado, rodeado trizado por influencia, si en este estado se toca uno cualquiera de sus puntos con una espiga completamente por otro conductor, induce en · metálica ó con el dedo, la electricidad, de igual él una cantidad de electrt'cidad contraria, nombre que la del caudal, pasa al suelo y la igual á su propia carga. Esta proposicion es fundamental en electrielectricidad de nombre contrario es retenida por la del caúdal. Por ejemplo, en el cilin- cidad estática, y se demuestra a priori por el dro A la electricidad negativa es la que per- · cálculo. Faraday la comprobó con el experimanece en él, ya se toque el extremo positi- mento siguiente: Demostracion experimental.-Se toma una vo, el .negativo, ó el centro. 6.º Inducciones sucesivas. - U.a cuerpo campana metálica invertida C, que comunielectrizado por influencia obra á su vez sobre que con una especie de péndulo doble E, que los conductores contíguos á él para separar- sirve de ele~tróscopo (fig. 46). Se hace bajar les las dos electricidades, com·o ,indican los lenta[I}ente por el interior de la campana una . bola A, electrizada positivamente, suspendisignos+ y - del segundo cilindro B. Teoria.-Lateoria de Symmerpermitecom- da de un hilo aislador. El doble péndulo diprender fácilmente todos los detalles de este verge enseguida, lo cual indica una carga posifenómeno. Tambien se les puede explicar y tiva , conforme con las leyes de la induccion. calcular rigurosamente considerando la in- El grandor de la divergencia indica á cada fluencia como un caso particular de la distri- instante el grandor de la ca.i:ga inducida. La bucion de la electricidad en un conductor separacion aumenta á medida que vá bajando situado en un campo eléctrico determinado. la bola hasta cierta profundidad, para la cual APARATO DE Rrnss PARA EVIDENCIAR LA IN-. se puede considerar el inductor como rodeado FLUENCIA.-Al aparato anterior, debido á .J.Epi- completamente por el inducido. A partir de nus, se le objeta que no demuestra la eleceste nivel, la divergencia permanece constrizacion del extremo más próximo al caudal, tante, lo cual se demuestra que la carga inpuesto que la divergencia del péndulo corres- ducida ha alcanzado su máximo. La diverpondiente podría explicarse por la atraccion gencia ya no aumenta más aunque la bola llegue á tocar las paredes de la campana, por directa de aquél. Para evitar esta duda, Riess emplea un ci- recombinarse en ellas las electricidades conlindro de laton con un mango de vidrio, trarias de la bola y de la pared interna. Si la provisto en toda su longitud de pequeños carga en A fuese mayor, el exceso se uniría á péndulos -de médula de sauco (fig. 45). Se la carga positiva del electróscopo para aucoje este cilindro por el mango y se le pre- ' mentar la divergencia. Si la carga en A fuese senta verticalmente á un caudal de electrici- inferior, el exceso de ~ es el que pasaría en-

32 3 · lla eléctrica que se dá .á veces á este conductor. INFLUENCIA EN LOS CUERPOS MALOS CONDUCTORES, PENETRACION EN su MASA. - Sabemos que los cuerpos buenos conductores se electrizan instantáneamente por influencia; mas, no sucede lo .mismo con los cuerpos malos conductores. Un cuerpo perfectamente aislador no podrá electrizarse jamás por influencia; más como son siempre · más ó menos conductores situados cerca de un cuerpo electrizado, sus dos electricidades van cediendo poco á poco, bajo la influencia de este último y se separan; eso sí, la accion es muy lenta y muy débil. Po(ejemplo, si se deja una barra de resina algun tiempo en contacto con un caudal de electricidad positiva, se electriza positivamente en mayor ó menor extension. Además, no es solamente su supe_rficie la que se electriza, sí que tambien parece penetrada su masa por la eledricidad hasta cierta profundidad, ~orno se comprueba frotándola con lana, puesto que se electriza negativamente primero, pasa poco á poco al estado neutro y aparece luego la electricidad positiva. Esto prueba que la electricidad de la máquina ha penetrado en_ la rnsina hasta cierta profundidad, v,uelve á la superficie, haciéndola pasar sucesivamente al estado neutro y luego al estado positivo. Experimentos de Far-aday.-Faraday demostró este fenómeno del mo~io siguiente: En las dos caras opuestas de un bloc algo grueso de blanco de ballena (fig. 47), se aplican dos.placas delgadas de latan_que comunican, la una con un caudal de electricidad positiva y la ot_,ra con el suelo. Al cabo. de unos diez minutos, de contacto con el cau-. . dal ó foso eléctrico,se quita_n los dos hilos conductores y se observa que las placas están electrizadas, la primera positivamente y negativamente la segunda. Si se las pone al estado neutro tocándolas sucesivamente con el dedo, se observa,- al cabo de algunos instantes, que la placa situada frente el caudal vuelve á ser pos~tiva y la otra negativa. De esto. debe deducirse que la electricidad del caudal ha penetrado en el bloc, mientras que en la cara opuesta penetraba la electricidad nega-, ~iva ::i_traida por influencia, y que estas son . las electricidades .q ue re~pa.rec!;!U. eu las. plac:;i.s.

INFLUENCIA Ó INDlJCCION ELECTROSTÁTICA

torrees, en parte, á la bola, disminuyendo con ello la divergencia y la .bola saldria aun electrizada, Como no se verifica nada de esto, la carga inducida es evidentemente igual á la carga inductriz, á partir del nivel en donde la divergencia pasa á ser constante. INFLUENCIA DE U~A SUPERFICrn ELECTRIZADA CERRADA SOBRE UN PUNTO INTERIOR.-La recíproca del teoréma de Faraday no es verdadera; si es el inductor el que envuelve completamente al inducido, no se verifica induccion, puesto. que hemos visto ya que la accion de una capa esférica electrizada sobre un punto interior es nula. Igual sucede con una capa eléctrica cualquiera, en equilibrio, de un conductor, lo cual tambien hemos visto demostrado por Faraday. CONSECUENCIAS D:U TEOREMA DE F ARADA Y. - 1. º Tratándose de un conductor inducido que rodea completamente al inductor, la carga del inducido no varia al ponerle en comunicacion con el suelo. Segun los fenómenos ordinarios . de la.induccion, con ello solo se hace desaparecer del inducido la el.e ctricidad de igual signo que la de la carga del inductor, y como este electricidad se _encuentra distribuida por la superficié externa del inducido, no ejerce accion en ningun punto interior; desde luego, su desaparic.i on no podrá influir en la carga total inducida. 2. Pantálla eléctrica. - Cuando se ha puesto el inducido en comunicacion con el suelo, solo quedg_q en el sistema las cargas iguales y contrarias que están en frente unas á otras. Sus acciones sobre un punto exterior al sistema son iguales y de signo contrario; y, por consiguiente, su resultante es nula. Por lo tanto, si se rodea, á distancia, un cuerpo electrizado con un ·c onductor metálico que comunique con el suelo, desaparece la influencia de este cuerpo sobre los puntos exteriores al conducto1·, sin que haya necesidad de descargarle: Con esto se obtiene un campo .eléctrico ri-.. gurosamente limt'tado en la pared externa del conductor. Se v.é, pues, que esta envolvente conductriz desempeñ::\, con relacion á la electricidad,. el mismo papel que una superficie opaca con relacion á '!?, luz; , de ahí el nombre de panta0

FÍSICA

INDUSTRIAL

CoMUNICACION DE LA ELECTRICIDAD Á DISTANCIA, DESCARGA DISRUPTIVA .-En el experimento fundamental de la induccion (fig. 44), fas electricidades contrarias del conductor M, y del cilindro A, tienden ájuntarse y se mantienen en la superficie de estos dos cuerpos sólo por la resistencia del aire. Si esta resistencia disminuye, ó si la tension eléctrica aumenta, ésta domina á aquella y los dos fluidos se recomponen á través del aire; esta reéomposicion vá acompañada de un ruido seco y de una chispa más ó menos viva. La electricidad negativa del cilindro se encuentra así neutralizada por la electricidad positiva que le ha cedido el caudal eléctrico, y sólo queda electricidad positiva en el primero, la cual conserva aun despues de cesar la influencia. En cuanto á la dista ncia explosiva, varia con el potencial, la forma de los cuerpos, su potencia conductriz y la resistencia de los me• dios interpuestos. La descarga que se produce, con chispa y con ruido, se conoce con el nombre de descarga disruptiva, para distinguirla de la descarga silenciosa que se opera entre un cuerpo electrizado y el suelo, al ponerles en comunicacion por medio de un conductor. MOVIMIENTOS DE LOS CUERPOS ELECTRIZA,DOS. -Los movimientos de atraccion y de repulsion que se producen entre los cuerpos electrizados se explican fácilmente por la influencia electrostática. Sea, un cuerpo fijo M (fig. 48), que supondremos electrizado positivamente, y un cuerpo móvil N situado á poca distancia del primero. En esto podremos considerar tres casos: 1. º El cuerpo móvil es conductor y está al estado neutro. - En este caso, obrando el cuerdo M por influencia sobre la electricidad neutra del cuerpo N, atrae la electricidad negativa y repele la positiva, de modo que el máximo de densidad de las dos electricidades tiene lugar re~pectivamente en los puntos a y b. Como las acciones eléctricas se ejercen en razon inversa del cuadrado de la distancia, la atraccion entre los puntos n y ces mayor que la repulsion entre los puntos by c; y, si el cuerpo móvil es suficientemen.te ligero, se aprox imará al cuerpo fijo en sentido de una resultante igual al exceso de la fuerza atractiva sobre la fuerza repulsiva.

2. º El cuerpo móvil es conductor y está electritado.-Si el cuerpo móvil está cargado de electricidad contraria á la del cuerpo M, habrá atraccion siempre; si está cargado de la misma electricidad habrá rep-Ülsion á cierta distancia, situado aun más cerca puede existir atraccion. En efecto, además de la electr~cidad libre que contiene ya el cuerpo móvil, contiene tambien electricidad neutra; y, descomponiéndose ésta por la influencia positiva del cuerpo M, el hemisferio b recibe una nueva cantidad de electricidad positiva, mientras el hemisferio a se carga de electricidad negativa; luego, al igual que en el caso anterior, habrá atraccion y repulsion. La segunda fuerza domina al principio á la primera, puesto que la cantidad de electricidad positiva que se encuentra en N es mayor que la cantidad de electricidad negativa; mas como el intérvalo a c vá disminuyendo, la fuerza atractiva aumenta con mayor rapidez que la fuerza repulsiva, y puede llegar á dominar á ésta. 3. º El cuerpo móvil es aislador y está electrir_ado. -Si el cuerpo móvil es mal conductor y está electrizado, será repelido ó atraído, segun esté cargado de igual electricidad que el cuerpo fijo, ó de electricidad contraria. Si antes se encontraba al estado natural, su fluido neutro se descompondrá, á la larga, por la influencia del cuerpo M, siempre que esté éste sufientemente electrizado, y habrá entonces atraccion. TEORIA DE LA INFLUENCIA ELECTROSTÁTICA.Hemos definido ya el potencial V de un conductor, y sabemos tambien que, en general, no está aislado; puesto que se encuentra en un campo eléctrico que influye en él. En este caso, su potencial depende de su carga propia y á la vez de las masas eléctricas diseminadas en el campo; desde Juego, en la evaluacion del potencial, deberán tenerse muy en cuenta estas masas.

Sean, pues, ( L ~ + ..... ) la suma de r r, los términos relativos á la carga propia del . ( q' q' , conductor, y -;¡;, + -:¡;,; + ..... ) la suma

de los términos relativos á las masas eléctricas del campo; así tendremos el caso general:

= ~ ( ; ) + r ( ;: ) ·

JN'FlUENi'.:IA Ó INDUCCION ELECTROSTÁTICA

Supongamos todas esas masas eléctricas (q') su fluido neutro se descompone, el fluido ne reunidas en un conductor único B (fig. 49). gativo es atraido á la parte cercana de A, y Si B está cargado positt"vamente, el potencial el fluido positivo es repeHdo en cantidad igual en A será · mayor que si A estuviese aislado, á la parte opuesta. De esto resulta: r.º, que y lo será tanto más cuanto más próximo esté . el potencial que antes era nulo en B, adquiere cierto valor positivo; 2. que el potencial disB, puesto que entonces ~ J/, está formado de minuye en A, por obrar el fluido negativo de r términos positivos, tanto mayores cuanto más B sobre A, á menor distancia que el fluido popequeñas sean las distancias r'. Si B está carsitivo; y, por lo tanto, la suma~ ( ;: ) es una gado negativamente, el potencial de A disminuirá, á causa de la próximidad de B, y suma algebráica cuyos términos positivos son tanto más cuanto más próximo esté éste de mayores que los términos negativos. Si un punto cualquiera de B se pusiese en aquél, puesto que entonces los términos ;'. comunicacion con la Tierra, su potencial pason todos negativos y tanto mayores, en va- saria á ser igual al de la Tierra; es decir, nulo, lor absoluto, cuanto más pequeñas sean las y el potencial de A disminuiria un poco, á causa de la desaparicion de los términos posidistancias r'. Si B se encuentra al estado neutro, experi- · tivos que .en la suma~- ( ;,: ) correspondian menta el fenómeno de influencia (fig. 49)_al encontrar~e sufici~ntemente aproximado á A; al fluido positivo del extremo b' . 0

CAPÍTULO VI Electróscopos y electrómetros. ~

-~ \ l:!FINICIONEs.-Al tratar ·del pén- cando con el soporte, ó se ponen dos esteri~ \ dulo eléctrico hemos dicho que, tas a sobre piés de metal; la parte superior ~ l., ~ se dá el nombre de electrósco- de la campana suele cubrirse con un barniz, pos á unos aparatos que se em- para que el conductor C esté bien aislado; si ~ -~-') plean para conocer si un cuerpo se aproxima á la esfera de este conductor un está electrizado y que clase de cuerpo electrizado, se descompondrá por inelectricidad es la que contiene. fluencia su electricidad natural, y los panes El péndulo eléctrico, de una ó de oro, cargados de electricidad igual á la del de dos bolas, es el más sencillo de los eleccuerpo, se repelerán por tener el mismo fluido, tróscQpos. indicando si el cuerpo que se aproxima está Los electrómetros son unos aparatos mucho ó no electrizado; los panes electrizan tambien más sensibles, con los cuales se miden las por influencia á los conductores a, los cual~s cargas eléctricas de los conductores, ya direc- contribuyen á que la 1 separacion sea mayor, tamente y al mismo estado de cantidad de pudiendo llegará tocarse cuando es mucha la electricidad (balanza de Coulomb), ya indirec- electricidad, que se marchará por a y el pié. tamente, y en funcion de su potencial (elecPueden ponerse en estos aparatos, en lugar trómetro de Thomson) . . de panes de oro, dos esferitas de méclula de ELECTRÓSCOPO DE PANES DE 0RO.-El más sauco, dos pajuelas ó cualquier otro cuerpo sencillo y el más clásico de los electróscopos ligero. es el de panes de oro, llamado tambien de Este electróscopo sirve tambien para cohojas de oro ó de pajuelas. nocer la especie de electricidad que tiene un Consiste (fig. 50) en una campana de cris- cuerpo; para ello, supongamos que mientras tal B sobre un _p ié de metal; en su parte su- está la esferita del conductor en presencia del perior lleva una abertura por donde penetra cuerpo electrizado se le toca con el dedo, la una varilla metálica, que termina fuera de la electricidad de nombre contrario á la del campana en una esfera . ó bola C, y por dentro cuerpo se marchará, y el electróscopo quesostiene dos tiras de pan de oro n, n; á la dará con electricidad del mismo nombre, por altura de estas se pegan en la campana dos cuya razon, quitando el cuerpo electrizado, pequeños discos de hoja de estaño comuni- los panes de oro estarán separados; si en este

1 i ""' -1,•

ELECTRÓSCOPOS Y.ELECTRÓMETROS estado se frota 'un pedaio de lacre ó vidrio, 1 cas de los conductores,- ya directamente, ya por ejemplo el primero, y se aproxima á la indirectamente, con la intervenc\on de los esfera del conductor, si los panes de orn se potenciales. separan más, es señal que tienen electricidad Balan'{_a de Coulomb.-El primer electróresinosa, que, repelida por la del lacre, au- metro exacto fué la balanza de Coulomb. Ya menta la divergencia; pero si aproximando hemos visto como se la emplea para obtener el lacre disminuye esta divergencia, podrá la relacion de las densidades eléctricas en dos ser señal de que tienen electricidad positiva, puntos de un conductor, por el método llacuando sea grande la disminucion· y separado mado del disco ó plan de prueba. Si con este el lacre vuelvan á separarse tambien los pa- aparato se quiere medir el potencial de un :Oes; si la divergern::ia es poca no será pruebá cuerpo electrizado, se une por medio de un exacta, puesto que un cuerpo en estado na- hilo largo y fino la bola fija m de la balanza tural, aproximado al conductor, producirá el (fig. 8) á un punto cualquiera del cuerpo; el mismo efecto, _porquef descompuesta la elec- potencial de la bola fija, medido por su cartricidad de éste por influencia de la que tiene ga, es igual al potencial del cuerpo estudiado. el electróscopo, atraerá ésta hácia él y hará Se sabe, en efecto, que si q es la carga comun disminuir la divergencia de los panes ; si llega dada á la bola móvil n ( la que se encuentra semejante caso, se aproxima un _pedazo de al extremo de la aguja p n) y á la bola fija, vidrio frotado, y la divergencia aumentará si si j es la repulsion, medida por el ángulo de el aparato tenia electricidad vítrea. torsion, y d la distancia de los centros, se Para desecar el aire contenido en la z:am- tiene: pana se coloca un cápsula con cal viva 0 cualquier otra inateria absorvente del agua. f= ELECTRÓMET°RO DE HENLEY.-Este instrumento es una especie de péndulo eléctrico de lo cual se deduce : destinado á indicar si un caudal de electriciq=dVJ dad posee siempre la misma carga. Se compone de una espiga de madera d, - en la cual Por último, sir es el radio de la bola y V está fijo un semicírculo de marfil c. (fig. 5 I ). el potencial desconocido, se tendrá: En el centro de éste hay un eje á cuyo alrededor gira una aguja de ballena, terminada por una bola de médula de sauco a. Este instrumento se rosca generalmente á uno de los conductores de una máquina eléctr:ica. A UNIDADES DE POTENCIAL: UNIDAD ABSOLUTA medida que se vá cargando ésta, la aguja di- y UNIDAD PRÁCTICA (volt).-La fórmula anteverge y sube hasta· que se ha alcanzado el rior dá á conocer V en funcion de la masa máximo de carga. Cuando cesa la carga de la eléctrica q, ó de la fuerza eléctrica /, y de las máquina, la aguja cae rápidamente si el aire longitudes d y r; esto demuestra la posibilies húmedo; en aire seco cae lentamente, indad de poder evaluar los potenciales ( como dicando con ello que la pérdida es excasa. las masas eléctricas) con las mismas unidades _E ntre la inclinacion del péndulo y el valor que los demás grandores físicos. ·de la carga no existe relacion simple; por lo La unidad de potencial, referida á las unitanto, el nombre de electrómetro que se dá á · dades C. G. S. se .llama unidad absoluta d-e este aparato es impropio, y se le debería Jla- potencial, Como esta unidad es demasüi.do pequeña para las aplicacion~s prácticas, se • mar electróscopo. ·GENERALIDADES RELATIVAS Á LOS ELECTRÓMEha elegido una unidad secundaria que v~lle 1 TRos.-Los potenciales de - los conductores cien millones de unidades absolutas y que se electrizados en equilibrio se miden por me- , llama el volt ( para recordar la memoria de dio de instrumentos llamados electrómetros. Volta). Así, pues, tanto los potenciales como ·Soi1, como ya les hemqs definido antes, apa- las diferencias de potencial se evaluarán y se ratos que permiten medir las cargas eléctri- . .c ontarán en volts, al igual que las cantidades

FÍSICA

INDUSTRIAL

de electricidad en coulombs, y las c·apacidades eléctricas en f arads. PERFECCIONAMIENTOS QUE HA SUFRIDO LA BALANZA DE CouLOMB.-El objeto principal de estos perfeccionamientos ha sido el aumentar la sensibilidad de la balanza para poderla utilizar como electrómetro. Esto se consigue empleando el método llamado heterostático, que consiste en comunicar antes á la bola una carga auxiliar permanente q' . La fórmula, en este caso, es :

V=~v r

Es muy ventajoso reemplazar el contrapeso de la bola móvil por una segunda bola que se coloca á igual distancia del centro de la primera; sobre estas dos bolas, fijadas á los extremos de la palanca que sostiene el hilo de torsion, se hace que ejerzan accion cuatro bolas fijas situadas en los vértices de un rectángulo, cuyas diagonales se corten en la prolongacion del hilo de torsion; los centros de las bolas fijas, y los de las bolas móviles, están situados en un mismo plano horizontal. A uno de los sistema5, al de las bolas móviles, por ejemplo, se le dá una carga permanente é invariable, y las desviaciones de la palanca móvil se miden por el método del espejo. BALANZA Ó ELECTRÓMETRO DE DELLMANN.Modificó Dellmann la balanza de Coulomb, poniendo en vez de las esferas dos fajas_metálicas horizontales, una de ellas fija, y sostenida la otra por un hilo de torsion, suspen dida á poca distancia de la faja fija. ELECTRÓMETROS DE THOMSON. - Ha ideado , Thomson varios electrómetros, que ha ido perfeccionando sucesivamente, y en los cuales se mantiene un potencial constante en una parte del aparato, por medio de un condensador de electricidad. El que más se emplea es el electrómetro de cuadrantes y de torsion, en el cual se observa directamente la desviacion sin modificar la torsion, y con ello es fácil anotará cada momento sus indicaciones. Este instrumento consiste en una aguja.de aluminio, de 6 á 8 centígramos de peso, suspendida por dos hilos ó por un simple hilo de torsion. Esta aguja puede oscilar dentro de una caja cilíndrica (fig. 52) de metal, dividida

en cuatro partes iguales A, A', B, B', unidas de dos en dos por hilos metálicos, que así constituyen dos conductores separados, formado cada uno por dos sectores opuestos. El eje de figura de la aguja, ancha y delgada, es paralelo á uno de los diámetros de separacion de los sectores cuando no está sometido á ninguna accion. Su forma E (fig. 53) ~s tal, que, para movimientos pequeños, las acciones eléctricas ejercidas sobre ella permanecen sensiblemente constantes. Además, por estar rodeada por los sectores, las dilataciones de los hilos de suspension no ejercen influencia, y queda preservada de las acciones exteriores. Los cuatro sectores están suspendidos en s, por columnitas verticales, á un plato metálico, y comunican con los hilos n, n' (fig. 53), destinados á comunicarles la electricidad. El plato constituye la tapa de una campana de vidrio invertida C, cuyo fondo está guarnecido exteriormente con una hoja de estaño, puesta .en comunicacion con el suelo, la cual contiene ácido sulfúrico concentrado a; constituyendo así una especie de botella de Leyde desecada, de tal modo que, si el vidrio es escogido, su carga no varía de -

100

en 24 horas. Thomson

emplea un vidrio especial fabricado expresamente en Glasgow, muy aislante y muy poco higrométrico. Los aparatos fabricados con otras clases de vidrio no dieron, de mucho, tan buenos resultados. Se introduce la electricidad en este condensador por el hilo de suspension de la aguja, de la cual cuelga un hilo de platino que sumerge en el ácido. La electricidad libre de este líquido mantiene un potencial constante en la aguja, lo cual se comprueba con un electrómetro especial e, situado en la tapa ó plato. Si esta carga disminuye, se la restablece dando, por medio de un boton v, algunas vueltas á una pequeña máquina de induccion particular (reproductor de carga) instalada debajo de la tapa, que se ceba con la electricidad de la aguja. Para conocer el potencial de un conductor se le pone en comunicacion con uno de los sist~mas de sectores, y el otro con el suelo. La aguja electrizada se desvia y, suponiendo la desviacion proporcional al potencial, se podrá deducir la del cuerpo, por la desviacion producida por un potencial conocido.

ELECTRÓSCOPOS Si se hacen comunicar dos cuerpos electrizados con los hilos n, n', se podrá medir Ja diferencia de potencial de estos d-os cuerpos. Las desviaci9nes son proporcionales á las cargas mientras no pasen de 3 grados. Se las mantiene en este límite cargando débilmente el condensador, y, por consiguiente, la aguja; dando gran rigidez de torsion á la suspension; aislando ó tambien suprimiendo dos sectores; por último, aproximando una placa metálica llamada inductor á uno de los sectores supuesto aislado. Las desviaciones, bien que muy débiles, se miden con exactitud por medio de un espejo cóncavo de vidrio muy delgado, fijo sobre la aguja. En el centro de curvatura de este espejo hay una hendidura iluminada por detrás f (fig. 53), cuya imágen, reflejad-a por el espejo, se proyecta sobre una regla dividida L L', colocada á la misma distancia del espejo. Angot ilumina intensamente la regla, dividida en décimas de milímetro, y observa la im_á gen reflejada por el espejo, por medio de un microscopio colocado sobre . la division. En este caso, el radio de curvatura del espejo es sólo de 15 á 20 centímetros. ELECTRÓMETRO DE BRANLY.-Este electrómetro pertenece al tipo Thomson. La aguja está formada igualmente por uria ancha placa de alumínico en forma de 8, que se mueve horizontalmente sobre cuatro sectores planos de ·laton, aislados unos de otros y constituyendo los· cuadrantes · de · un mismo círculo; estos sectores pla,n os desempeñan las mismas fondones que los cuadrant€s huecos die Thomson, y como estos, se comunican diagonalmente de clos €fil dos. El centro de la aguja y eiJ. dei círculo se encuentran en una misma vertical. La placa móvil está sostenida por un -hilo metálico; este eje d~ suspension se prolonga-por debajo de las placas en espiga vertical á que está ii90 un espejo. · El aparat0 está contenido en una caja cuadrada (fig. 54~ .ole cristal, dy cuya tapa sale un -tuib>.© de ;vidá0 provisto de unas uñas que sostie,nen ei h.ilo de torsion. Un movimiento lento de estas uñas 6 pinzas permite bajar ó subjr ligeramente la placa móvil, y, al igual 6J.iUe en la balanza de Coulomb, las pinzas pueden seguir el movimiento de un tambor. FÍSICA IND.

ELECTRÓMETROS Por medio de este aparato será fácil comunicar una carga auxiliar permanente al sector ó á la placa móviL Supongamos que ~e tengan que medir las diferencias de . potencial que representaii. los dos polos de una pila ó dos puntos cualesquiera D y D' de un con- . ductor atravesado por una corriente. Se principia por dar á la placa móvil su carga constante, uniéndola por el hilo metálico. de suspensiem y por las pinzas, al polo positivo A de una pila cuyo polo negativo comunique por T con el suelo. Se une luego al punto D, por medio de un hilo largo, con el sistema de los sectores I y 3 que toman el potencial de D, y se une igualmente el otro punto al sistema de los sectores 2 y 4 que toman el mismo potencial que D' .(figura 55). Cargada la placa móvil positivamente, es atraída entonces por uno de los pares de sectores y repelida por el otro. Para cierto ángulo de desviacion habrá equilibrio entre la fuerza de torsion del hilo y la accion ejercida e11 la placa por los sectores fijos. Branly emplea como pila de carga una pila de agua pura, formada ordinariamente de 100 elementos ziné-cobre, de dimensiones muy pequeñas, agrupados en série y fijos á un soporte aislante de resina ó de cauchú endu'" recido. Más adelante veremos que las pilas eléctri- _ cas son aparatos muy cómodos para comunicar cargas eléctricas de p_o tencial constante á un conductor, y que se llama /uerr_a electromoirir_ de una pila la diferencia de potenciales que se establece expontáneamente, por el juego del aparato, entre sus dos extremos ó polos. TEORIA. -Las indicaciones de este instrumento son proporcionales á las de la balanr_a de CouJomb: la desvidcion de Za placa móvil, cuando sólo se consideran pequeños-ángulÓs de desviacion, iguales á lo más á 3 grados, es proporcional al potencial de esta placa multipli'cado por la diferencia de los potenciales de los dos st'stemas de los sectores. · Obseryaciones. - 1. ª Antes de principiar los experimentos, es indispensable reglar con la mayor exactitud la posicion de equilibrio de la placa móvil. Para ello, se.hace girar ligeramente esta placa por medio del tambor que soporta las pinzas y el hilo metálico, hasta T. II.-42

330

FÍSICA INDUSTRIAL

darle una posicion invariable cuando se pon- las acciones á distancia regidas por la ley de gan en comunicacion los cuatro sectores con Coulomb. El electrómetro capilar descansa en un fenómeno de contacto. Se observa que si el suelo. 2.2 Para ciertas mediciones, por ejemplo, se ponen los polos ex y ~ en comunicacion mecuando se debe determinar la capacidad de un tálka uno con otro, el menisco M queda en · conductor, lo mejor será dar una carga fija á una posicion de equilibrio que es el cero del los conductores. Los sectores I y 3 se ponen aparato. Si entre ex y ~ se intercala una difeentonces en comunicacion con el polo positi- rencia de poténcial e, se observa que el mevo de una pila de agua, los sectores 2 y 4 con nisco cambia inmediatamente de posicion y el polo negativo ; el ·centro de esta ·pila se toma otra nueva de equilibrio; luego el desplaune al suelo.· El conductor que se estudia se 1amiento del meni'sco depende de la difermcia del potencial empleado, y puede, por consihace comunicar con la placa móvil. 3.• Se podrá modificar como se quiera la guiente, servirle de medida. Operacion.-En vez de medir este grandor sensibilidad de este electrómetro, subiendo ó bajando la aguja por medio de las pinzas que por el desplazamiento del menisco, se puede sostienen el hilo, y variando el número de operar de distinto modo. Se añade al aparato los elementos de carga. Segun Branly, se una pera de cauchú P, introducida entre los pueden apreciar fácilmente y con seguridad dientes de una prensa con tornillo V (fig. 57). I Roscando este tornillo se comprime gradual- de diferencias de potencial inf~riores á mente el aire contenido .en la pera, cuya pre100 sion de aire, llamada presion compensatri1, Daniell. 4." Destinado especialmente este instru- se comunica por medio del tubo t t al mercumento á mediciones comparativas, ·conserva rio contenido en el tubo A, y hace que el mesiempre la misma sensibilidad durante mucho nisco vuelva al primitivo cero, leyéndose en tiempo, y así permite efectuar una série de , este instante el valor de la presion compensatriz en un manómetro N que comunica con la ellas. 5." Tambien se le puede emplear como elec- pera de cauchú. Operando en esta forma, se tróscopo en los métodos de reduccion á g,ero. • mide la fuerza electromotriz, no ya por desELECTRÓMETRO CAPILAR DE LIPPMANN. - Se . plazamientos, pero sí por las presiones que compone esencialmente de un tubo vertical se hayan empleado para destruirlas. A, abierto por sus dos extremos y cuya parte · En cuanto á los movimientos del menismo, inferior termina en punta afilada, de muy no se observan ciertamente á simple vista, pequeño diámetro, llamado punto capilar sino por medio de un microscopio horizon(fig. 56). El tubo A contiene una columna de tal L. mercurio que penetra por su propio peso en · La fig. 57 representa en perspectiva el elecla punta y forma una columna cilíndrica muy trómetro junto con sus accesorios, montados capilar terminada por un menisco hemisférico en el soporte de madera S S. Gradua,cion del instrumento.-La desviaM. Esta punta se sumerge en ácido sulfúrico producida ó bien la ptesion compensacion cilíndrica probeta dilatado contenido en una B. En el fondo de esta probeta se encuentra triz emplea.da, dependen tan sólo de las difeuna capa de mercurio; el agua acidulada está rencias de potencial establecidas entre los popor una parte en contacto con el mercurio, y los ex y~- El aparato se gradua empíricamente, por otra parte ocupa el extremo inferior de la es decir, que se determinan experimentalmen punta capilar, mojando sus paredes y bañan- te los valores correspondientes de la presion do el menisco M. Dos hilos de platino ex y ~ cornpensatriz, sirviéndose de una série de diponen las masas de mercurio A y B en comu- ferencias de potencial ó de fuerzas electromonicacion con dos bornes eléctricos ais1ados trices conocidas. Lippmam demuestra que b' y b', que constituyen los dos polos del elec- todos los electrómetros capilares son compa.:. rables entre sí, de suerte que la tabla degratrómetro (tig. 57). construida para uno puede servir duacion electrómetros aparato.-Los del · Principio que antes hemos descrito están fundados en para los demás. . -'

ELECTRÓSCOPOS

Sensibilidad del instrumento.-El electrómetro capilar mide hasta

10,000 ·

aproxima-

damente. la fuerza electro-motriz de un elemento Daniell. Además, sus indicaciones son instantáneas ; la columna de mercurio toma inmediatamente y sin oscilacion la pos1don de equilibrio que le convenga. · La co1umna de mercurio obedece con tanta rapidez los cambios d~ la fuerza electro-motriz que, si se intercala el electrómetro en uncircuitó telefónico, la columna vibra al igual que la .p laca de un teléfono; y corno estas vibraciones se .comunican por reaccion al soporte d·el aparato, si se aplica la oreja á este soporte, se perciben los sonidos musicales ó la palabra articulada, al igual que en un receptor telefónico. , Este aparnto no presta ninguna utilidad para medir directamente fuerzas electroruótrices superiores_ á un Daniell, y sólo se le podrá emplear ·en un caso" determinado, es decir, poniendo ·el polo @en comunicacion con·. el polo negativo · <:Iel elemento que se mide. · A pesar de ·que la masa de mercurio A se encuentre en contacto con el ácido sulfúrico . dilatado, sin embargo, acciona como si estu.., viese eléctricamente aislado de ella. Así, cuando, puestos los polos a: y ~ eri comunicacion.· con l.os polos de una pila, _se suprimen ó cortan las comunicaciones, . el potencial que baya alcanzado A ·permanece invariable, así como tambien· el desplazamiento del mercurio. Por igual motivo, el electrómetro capilar es sensible al apl'oximarle un barrote de resina frotada, y la colúmna de mercudo va siguiendo á distancüi. todos los movimientos del cuerpo electrizado. Teoria.-Para esplicar el funcionamiento 4el electrómetro-capilar, debemos considerar las acciones. que se refieran al menisco M, en donde eI mercurio se encuentra en contacto con el agua- acidulada. Al intercalar entre a: y~ una fuerza electromotriz, tal como la de un elemento Daniell, el menisco M se polariza, es decir, que se engendra en él una fuerza electro-motriz capaz de equilibrarse con la del elemento ó impedir el paso de la corriente; cuyo fertómeno, que ya estudiáremos, recibe el nombre de polart'-1.acion de los elec-

ELECTRÓMETROS

33 1 trodos. Téngase en cuenta.que la fuerza electromotriz no pase mucho de un Daniell, pues de otro modo nó habria equilibrio, por pasar la corriente y descomponerse el agua acidulada. La fué_rza electro-n;10triz antagonista, así desarrollada, es precisamente igual á la fuerza · electro-motriz e, con la cual se equilibra y se la llama fuer:r_a electro-motri:r_ de polari:r_acion. Además, el menisco M es el punto de donde radican las fuerzas ca pilares que hacen sostener la columna A, la cual, á causa de su peso, tiende á salir por la punta capilar. La resultante de estas fuerzas equivale á una presion h procedente de la tension superficial, cuyo valor es:

h=-<:

en esta fórmula e; es el radio del menisco hemisférico 'M, y A la constante capt'lar, que depende del estado de la superficie·mercurial~ Al polarizarse ésta, A varia, y, como lo demuestra Lippmam, A es una funcion constante de e. Segun esta fórmula, resulta que h es igualmente una funcion d~ e. Si se hace que el menisco ocupe siempre la misma posicion en la punta, el radio <; del menisco tendrá siempre el mismo valor; así, el valor de h de be variar como el de A, es decir que la presion que deba ejercerse en el mercurio es funcion de la fuer:r_a electro-motri:r_ e. Esta es la c_ausa porque las presiones compensatrices, producidas con el tornillo V, corresponden, como ya hemos dicho, :á las fuerzas electro-motrices que se intercalen entre a: y ~' que son las que deben medirse. ELECTRÓMETRO DE MASCART.- Para medir la fuerza electro-motriz teórica de un generadpr de electricidad, sabemos que se emplean hoy en la industria los galvanómetros de hilo muy fino y largo.(muy resistente), llamados vóltmetros. Los vóltrnetros, para medir una fuerza electro-motriz, exigen que la corriente circule por el hilo. Estos -aparatos, por tanto, no podrian emplearse para hallar la diferencia de potenciales que hay entre dos cuerpos electrizados y aislados, porque para operar seria preciso poner en comunicacion ambos cuerpos por medio del hilo del vóltmetro, y con-

•

33 2

•

FÍSICA INDUSTRIAL

seguir de este modo que una corriente recorra y á mantenerlo perfectamente seco. La caja B el hilo; mas, por esto mismo empezará á dis- lleva tarnbien dos aberturas: una circular, en minuir la diferencia de potenciales que tra- la cual se encaja la lente L, y otra rectangutamos de medir, lo cual hará imposible la lar G, cerrada por un vidrio plano. La tapa medicion, ó al menos, muy difícil ó errónea. superior de la caja B tiene en su centro una Cuando se trata de un•generador eléctrico abertura donde va colocado un tubo de vino sucede esto, porque, si bien es verdad que drio u, ó de metal, dentro del cual está el dose produce la corriente, la fuen,.a electro-mo- ble hilo de suspension. Por las ventanas altas de la caja B se ven trb,. delgenerador r establece á cada t'nstante la dtjerencia de potenct'ales que se trata de medt'r. las cuatro cajitas metálicas en forma de secPara medir con exactitud la diferencia de tores que no llegan á 90 grados, llamados los potenciales que hay entre dos cuerpos elec- cuadrantes. En esta figura se vé punteada y trizados, sabemos que se emplean los apara- afecta la forma del número 8, una aguja I de tos conocidos con el nombre de electrómetros, aluminio, metal, como se sabe, muy ligero. aparatos científicos de gran precision-y sensi- Dos de los cuadrantes opuestos comunican bilidad, á los cuales se debe en gran parte el entre sí por medio de un hilo, y lo mismo progreso que ha hecho en estos últimos años hacen los otros dos cuadrantes. La aguja I, ó sea la placa de aluminio _en la electricidad estática (ó en equilibrio). El famoso físico inglés Sir William Thom- forma de 8, está horizontalmente suspendida son inventó un delicado electrómetro de por su centro dentro de los cuadrantes, pero cuadrante, que ya conocemos que fué desde modo que ocupe la línea diametral que pues perfeccionado por Mascart, y constituye separa estos dos á dos. La suspension de la un instrumento precioso, sensible, utilísimo aguja I es bt'filar, es decir, que se hace por como aparato de investigacion y de demos- dos hilos paralelos, que se ven dentro y á lo tracion para el gabinete del físico y para los largo del tubo u. Tomemos, por ejemplo, una pila fori:nada gabinetes de enseñanza. La :fig. 58 es una perspectiva de este nota- · de 40 pequeños elementos Daniell; pongamos ble instrumento, el cual no solamente puede el punto medio de la pila en comunicacion servir para probar y medir la más pequeña con el suelo, lo que equivale á obligará dicho diferencia de potenciales, sino tambien las punto medio á tomar el potencial cero. Uno fuerzas electro-motrices de las pilas que se de los polos de la pila tendrá el potencial+ 20, polart'r_an rápt'damente; porque como para y el otro - 20. Pongamos estos polos, uno . hacer esta medida con el electrómetro no se en comunicacion con los cuadrantes opuestos cierra el circuito nunca, es imposible que la que llamaremos A y D, y el otro con tos cuapila se polarice. Por esta razon es tan útil el drantes tambien opuestos B y C. Si la aguja I a parato cuando se estudian las fuerzas electro- está neutra, ó sea al potencial cero, no se motrices mínimas que se manifiestan en cier- moverá, porque los cuadrantes A y D, como los By C, solicitan á la aguja para que gire tas reacciones químicas. B, es una caja cilíndrica metálica montada en opuesto sentido y con fuerzas iguales. Mas, si ponemos la _aguja I en comunicasobre tres pies-tornillos que permiten ·nivelarla. Dicha caja puede girar al rededor del cion, por medio del borne A, con el cuerpc;> eje vertical central del instrumento, y fijarse cuyo potencial se quiere medir, los cuatro en la posicion que se quiera por medio de un cuadrantes obligarán á la aguja á girar obedeciendo á un par de fuerzas. La aguja entornillo de presion. se desviará y tomará una nueva positonces La caja B lleva en su parte alta ventanas con vidrios que ·permitan ver lo que pasa en sion de equilibrio bajo la influencia del par el interior. Lleva tambien una puerta P que de los cuadrantes y del par de fuerzas produgira á charnela ó gozne y que sirve para in- cidas por la torsion del doble ht'lo. Para una desviacion de pocos grados, el troducir un vaso de vidrio R, donde se pone ácido sulfúrico concentrado, destinado á ab- pótencial de la aguja, ósea el del cuerpo que sorber la humedad del aire que llena la caja B se estudia, es proporcional al ángulo de des-

ElECTRÓSCOPOS Y ELECTRÓMETROS

333

Cualquiera comprende que así pueden meviacion. Hay, pues, que determinar este ándirse con una prodigiosa exactitud los ángulo, el cual es la medida del potencial. Para medir ese ángulo con gran exactitud, gulos. El . rayo reflejado constituye una larguíse recurre á un artificio muy ingenioso ideado por Thomson. Consiste en lo siguiente: la sima aguja indicatriz que no pesa nada, que aguja I de aluminio lleva en su parte inferior no tiene inercia, que no cuesta nada moun hilo de platino, al cual va fijado un pe- verla. El hilo de platino se prolonga hasta meterse queñísimo espejo m; si un rayo de luz cae sobre este espejo m, se refleja, y reflejado va en el ácido sulfúrico, donde, por su resistená herir una estala que puede estar lejos del cia, amortigua las oscilaciones de la aguja I, aparato, don.de marcará cero desviacion antes y además establece la comunicacion entre la de funcionar; cuando gira la aguja, gira el aguja y el ácido sulfúrico del vaso de vidrio R . espejo que es solidario de ella, gira el rayo Este ácido comunica á su vez con el borne A, reflejado, y su imágen recorre y va marcando y por ende con el cuerpo cuyo potencial se quiere medir. las divisiones de la escala.

l . .

{

•'

~. ,.

.;:

)

e A-Bí-T ·u Lo. VII

Máquinas eléctricas. ~- ~

EFINICIONES y CLASIFICACION. - Se -~ \ llaman máquinas eléctricas unos S) )) aparatos que producen electrici¡))•1' dad á alto potencial, resultante ~·" ~ ya del roce recíproco de órganos rpalos conductores, ya de la influencia electrostática de órganos malos conductores tam. bien que se mueven delante de órganos conductores fijos. Las máquinas de la primera categoria se llaman máquinas por frotamiento. La más conocida es la máquina de Ramsden, que produce electricidad positiva. Las antiguas máquinas de Otto de Guericke, de Van Marum y de Nairne, pertenecen . á la misma especie: la primera produce indistintamente fluido positivo ó fluido negativo·; la segunda dá simultáneamente las dos electricidades. A la misma categoria puede añadirse la curiosa máquina de Armstrong, que produce electricidad á alta tension, por el roce .de gotitas líquidas en las paredes sólidas de tubos de boj. Las máquinas eléctricas que funcionan por influencia no son más que un perfeccionamiento de las primeras y son las que se emplean hoy dia. r

Máquinas eléctricas por frotamiento.

MAQUINA ELÉCTRICA DE ÜTTO DE GUERICKE. -La primera máquiná eléctrica que se ha empleado es una máquina por roce, imaginad~ por Otto de: Guericke (fig. 59). Consistia en una esfera de azu{re atravesada por un eje sobre el cual giraba y en ella se apoyaba la: mano que servia de frotador. La bola se sustituyó despues por un cilindro de resina, y más tarde por un cilindro de vidrio, empleándose siempre la :mano como frotador, hasta que en 1740 Winkler empleó con este objeto una almohadilla de seda rellanada con clin. En esta misma época Bose produjo electricidad por roce empleando un disco de hoja de lata suspendido por dos hilos de seda. Por último, en 1766, Ramsden sustituyó el cilindro de vidrio por un plato ó disco circular de vidrio tambien, frotado por cuatro almohadillas, y desde entonces se dió á la máquina eléctrica la forma que aun hoy dia tiene. · MAQUINA ELÉCTRICA DE RAMSDEN.-Esta máquina, como ya hemos dicho, produce electricidad positiva. Consiste en un disco circular de vidrio (fig. 60) móvil al rededor de un eje horizontal con manubrio m, y comprimido entre dos pares de almohadillas sostenidas

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

335

por dos ·montantes veí-ticales E que soporta"n as1, será :múy co_nveniente hacei:girar el disel eje de rotacion. Los conductores-¡ /', ,e e', co con más rapidez. Tambien se pierde elecordinariamente de latan, están sostenidos por tricidad por las partes salientes de los conduccolumnas aisladoras . Las partes / /', curva- tores, por bien redondos que sean. Además, d.as de modo que abracen el bordé del disc.o, este flurdo puede pasar por explosion, de los están provistas interiormente de puntas me- brazos _á las almohadillas, en fqrma de petálicas, cuyos extremos están muy cerca á las queñas centellas -que rozan la .superficie de la rueda. , caras del disco. La humedad del aire, además de tomar coa Al hacer girar á .éste se electriza positivamente por el roce, y las almohadillas negati:.. su contacto la electricidad á los conductores_, -vamente, y por c::ómunicar éstas con el suti!lo dificulta el desarrollo de la electricidad deposiestán al estádo neutro. Al llegar las partes tándose en el disco; por cuyo motivo _se le debe electrizadas del disco frente fas puntas de los desecar calentando el aire al rededor de la mábrazos t f del conductor, descomponen por quina con fuego directo ó con paños calientes, influencia el fluido neutro en ellas; el fluido Mun:ch observa que rayando el disco c~n sebo positivo es repelido hácia los conductores se le hace produc-ir inmediatamente mucha e, e', y, atraído el fluido n~g~tivo por las más electricidad. Si se dá á las columnas ó sopuntas, se precipita en el disco de vidrio, en portes aisladores, siempre que no estén bardonde se combina con la electricidad positiva nizados, una capa impermeable de s~bo, ais_para formar fluido neutro. El paso de este larán perfectamente, puesto que esta subsfluido es visible en la oscuridad, de suerte que · tancia ·obra repeliendo la humedad de ia se produce una chispa continua en cada pun- superficie del vidrio. Almoha,,di'llas. -Las almohadillas suelen ser ta. El emplear puntas obedece á la propiedad badana henchidas de pelote ó crin, y se de elecla fácilmente salir dejar de que tienen tricidad. A veces se sustituyen por botones frotan con oro musivo (deuto-sulfuro de estaredondos, en cuyo caso el fluido negativo pasa ño), ·materia que se reduce fácilmente á polvo al disco, por intermitencia, y en forma de y que se hace que adhiera con un poco de sé-chispas secas. Continuando .el movimiento de bo. Se .e.mplean tambien var1as amalgamas rotacion, la electricidad positiva del disco se pulverulentas, entre las cuales citaremos la de Singer (1 parte de estaño, ·2 de zinc, y 6 renueva á cada instante. , en de mercurio); la de Cava-llo, de Kienmayer Las cargas de electricidad se producen dos cuadrantes del disco, desde las almoha- (1 de zinc, 1 de estaño y 2 á 4 de mercurio). Si dillas á fas puntas más próximas en cuyo tra- · la máquina se debilita, se desmontan las alyecto una parte de la electricidad del vidrio · mohadillas y se las frota u·n a con otra calen.se pierde por el aire cuandó es húmedo. Se tándolas para que se esparza la materia adhedisminuye la pérdida, cubriendo estos dos rente. ' Le Roy disponía las almohadillas de cuadrantes eón una doble hoj-a de tafetan en modo que se las pudiese invertir de abajo arforma de sector (fig. 61), que se fija á las al- riba y bastaba este cambio para ·reforzar la mohadillas, ó á los montantes que las sos- máquina. Van Marum imaginó una espede de almo tienen. Límt'te de la carga .-.La cantidad de elec- hadilla especial, muy buena, cuya superficie tricidad acumulada en los conductores de la frotaute es un tafetan rec~o cubierto con una máquina no aumenta indefinidamente; está amalgama de zinc, de estaño y un poco d~ limitada por la descomposicion por influencia bismuto. Este tafetan retiene mejor la affialy tambien por -las pérdidas producidas por el gama que la piel, y se aplica á un tejido de -aire y por las columnas aisladoras, por eso se algodon cruzado, cubierto con la misma amalfas debé limpiar con frecuencia, pues el aire gama, bien tendido sobre vari-os grues_os de deposita en ellas 1a·humefü~d.y las hace con- franela apli.cados á una tabla de madera. Enductoras. Estas pérdidas aumentan con la can- tre estas capas se pone una misma hoja de tidad de fluido· acumulado, y acaban por ser ¡ estaño que destruye la electricidad negativa iguales á la electricidad producida.por el roce, . de la superficie_ frotan te, que, por medio de

336

FÍSICA INDUSTRIAL

una cadena a, va al suelo pasando por unas placas metálicas aplicadas á los montantes que sostienen la rueda. Disco.-El vidrio que se emplee debe ser tan poco higrométrico como sea posible; por esto se utilizan los vidrios antiguos que contienen poca potasa. Ciertos fabricantes prefieren el vidrio de bot~lla y otros el cristal; tam bien se ha empleado el vidrio de color hecho con cobalto.· La eficacia de los discos se aumenta dejándoles por algun tiempo en agua hirviente, que probablemente quita la potasa á la superficie, por una accion análoga á la que se produce en las monedas sumergidas en agua acidulada, para quitarles la aleacion de la superficie y darles más brillo. Se han construido máquinas con varios discos en 11n mismo eje ó en ejes distintos; taro bien se han hecho últimamente discos de gutapercha ó de cauchú endurecido; pero se destruyen con mucha facilidad, y entonces se carga la máquina de electricidad negativa. MAQUINA ELÉCTRICA DE LE RoY Ó DE WINTER.-Cuando una máquina funciona bien, la carga está limitada por las descargas que se producen continuamente entre las almohadillas y los brazos de los conductores, á lo largo del disco de vidrio, que es lo que se verifica en la máquina imaginada por Le Roy en el último siglo y construida hoy dia con algunas modificaciones, por Winter (fig. 62). En ella solo hay un par de almohadillas e, situadas á una distancia de 180º de los brazos. Estos están formados por un anillo doble para que pueda pasar el disco, y cada mitad está provista interiormente de una multitud de puntas. Las chispas producidas por este aparato tienen .mucha longitud, pero son delgadas y tienen poco brillo; puesto que, si 'la electricidad acumulada en s tiene una gran tension, por· existir un par d.e almohadillas solamente, la cantidad es la mitad tan solo de la que se obtendría si hubiese dos. Como las almohadillas están aisladas, es fácil obtener 4a electdcidad negativa-que reciban. ta fig. 63 representa el último modelo Le Roy, perfeccionado; un doble anillo de madera está en comuflicacion con -el borde del disco, y á su vez comunica con un anillo hueco mucho mayor, formado por alambres, sobre el cual se esparce la electricidad posi-

tiva. Las almohadillas C de esta máquina están en comunicacion con un conductor aislado. MAQUINA DE VAN MARUM.-Esta máquina produce indistintamente las d.os electricidades. El eje del disco (fig. 64), está sostenido pór dos columnas aisladoras y los extremos de su diámetro horizontal rozan con unas almohadillas fijas á unas bolas aisladas E, E'. Dos arcos metálicos D D·, F F', apoyados en soportes, y susceptibles de colocar en un plano vertical ó en un plano horizontal, terminan en un -peine cuyas puntas miran al disco. El arco DD' está en comunicacion con el suelo por medio de una cadena ó por su soporte. Si el arco F F' es vertical y el DD' está en contacto con las almohadillas, la máquina funciona como la de Ramsden, y la esfera B se electriza positivamente. Si, por lo contrario, se pone el arco FF' en contacto con las almohadillas, y el arco DD' vertical, la esfera B toma electricidad negativa de las almohadillas, y la electricidad positiva del arco DD' pasa al suelo. Si se suprime la cadena, se podrán tornar las dos electriddades á la vez, sobre la bola B la una y sobre el soporte de DD' la otra. MAQUINA ELÉCTRICA DE NAIRNE.-Este aparato está muy extendido en Inglaterra y pro9-uce las dos electricidades á la vez. Se compone de un cilindro de vidrio que gira sobre su- eje M N (fig. 65) sostenido por columnitas aisladas. A ambos lados hay dos conductores aislados tambien AB, DE. El uno, AB, lleva una almohadilla C aplicada con presion al cilindro por medio de un resorte; la otra DE está provista de puntas colocad.as en diretcion del cilindro. La electricidad negativa de la almohadilla la toma el conductor AB, mientras que DE se carga por influencia de fluido positivo. Si se aproximan convenientemente los <los conductores articulados a y b • se producirán ,chispas en e por la reunion de las dos electricidades á través del aire. Si se desea una sola especie de electricidad, la positiva ó la negativa, se pone en commiicacion con el suelo ó la almohadilla C, ó el conductor ED, pat:a que se pierda la electricidad que no se necesite y poder alcanzar así el límite de carga para la que se quiere obtener; con esto se aumenta la descomposicion producida por el roce,

MAQUINAS ELECTRlCAS

BOMBA ELÉCTRICA.-En este aparato (fig. 66), notablemente perfeccionado por Riess, el frotamiento se produce con un piston de corcho, revestido con paño impregnado de una amalgama, que se mueve en un tubo de vidrio y lleva una espiga cuya parte superior v es de vidrio tambien. La electricidad negativa del piston la toma la virola a. La electricidad positiva del vidrio descompone por influencia el fluido neutro de un pequeño disco c provisto de puntas; está fijo al piston, aislado de él, y comunica por el resorte r, ccn la virola b que se electdza en más. La bomba se coje por a ó por b segun la especie de electricid?-d que se desee. TABURETE AISLADOR.-La máquina eléctrica se emplea constantemen te en los experimentos de electricidad. Entte los efectos más notables que produce citaremos la chispa eléctrica, que sé produce al aproximarle un cuerpo conductor que comunique con el suelo. La potencia y el buen estado de la máquina se conocen por la longitud y grueso de la chispa. Tambien pueden sacarse chispas del cuerpo de u-na persona que comunique con el conductor de una máquina eléctrica, y esté subida en un taburete aislador, esto es, en un taburete cuyos piés son "de una substancia aisladora. Nollet y Brisson empleaban zuecos desecados en un horno y bien impregnados de aceite hirviente. La persona electrizada no experimenta ninguna sensacion particular, á no ser en los cabellos, que se erizan por su mútua repuision . Este efecto aumenta al aproximar su mano otra persona que no esté aislada, la cual se electriza por influencia. CONDUCTORES SECUNDARIOS. - La cantidad total de electricidad que reciben los conductores, depende de la extension de su superficie. Si se quiere obtener mucha electricidad se les pone en comunicacion con otros conductores, suspendidos con hilos de seda, llamaáos conductores secundarios. La experiencia demuestra que los cilindros largos y estrechos, toman más electricidad, á igualdad; de superficie, que los cilindros gruesos. Volta empleaba pequeños cilindros de r3'5 milímetros de diámetro, por 2·'60 metros de largo. Suspendia paralelamente dos de estos cilindros con hilos de seda y colocaba los demás transversalme nte á los primeros, pero sin que se tocasen. FÍSICA. IND,

J37 Las máquinas más poderosas que se conocen son de disco. Citaremos la del museo Teyler en Harlem, construido en 1785 por Cuthberston, del sistema Van-Marum; consta de dos discos paralelos de r'62 metros :de diámetro, y son necesarios cuatro hombres para ponerla en movimiento , produce chispas de unos 5 milímetros de diámetro por 65_0 milímetros de largo. Tanta es su fuerza que desvia un péndulo eléctrico á una distancia de más de i2 metros. La gran máquina del Conservatorio de Artes y Oficios de París_produce resultados muy notables tambien. El diámetro del disco es de r'85 inetros. Por último la máquina del Instituto politécnico de Lóndres es mayor aún. El disco tiene 2 ' 27 metros de diámetro y está movido por una máquina de vapor. Esta máquina con ser muy poderosa, no lo es tanto como la que vamos á describir. MAQUINAS HIDRO-ELECTRICAS.-La electricidad de esta especie de máquinas se debe al roce ejercido en una pared de salida, por el choque enérgico de un chorro de vapor mezclado con gotitas de agua . Este sistema de produccion de electricidad fué descubierto por casualidad en 1840, en la cuenca hullífera de Seghill, cerca de Newcastle, por Patterson. Como introdujera una de sus manos en un chorro de vapor que salia de una caldera, mientras tenia la otra apoyada en la palanca de la válvula, sintió uria comezon particular y observó que la palanca producia chispas. Como es natural, este fenómeno llamó mucho la atencion de los físicos, y, estudiándole Armstrong en varias calderas de vapor, 'particularme nte en una locomóvil cuyas ·ruedas apoyaban en rails aisladmes, le ocurrió la idea de subir á un taburete aislador y, atravesando el chorro de vapor con una varilla de hierro cojida con la mano, producia con la otra chispas al aproximarla á los cuerpos que le rodeaban. La varilla se electrizaba positivament e y la locomóvil negativamente. Con una pequeña caldera de bronce, observó que la electricidad se enjendra~a en la parte más estrecha de la llave de salida. Al principio se atribuia la electricidad producida á la expansion que experimenta el vapor al salir, y tambien por separarse de las materias T. ll,-4)

FÍSICA INDUSTRIAL

disueltas en el agua; Schafhreult,. al cabo de MÁQUINA ARMSTRONG.-Esta máquina (figumuchos experimentos, dedujo que el vapor ra 70) consiste en una calder~ tubular, aislada debe estar mofado. Faraday demostró lue- por cuatro columnas de vidrio, combinada go que la electricidad se desenvuelve por el interiormente como una locomóvil. En s se frotamiento del vapor con. la pared de sa- encuentra la válvula de seguridad cargada á lida. 5 ó 6 atmósferas; n es el tubo de nivel, p la En los experimentos de Faraday, el vapor puerta del hogar y C la chimenea. La llave r atravesaba un globo metálico O (fig. 67) pro- permite el paso del vapor á un recipiente civisto de tubo de salida, en el cual se encon- líndrico K, desde el cual pasa por unos tubos traba otro tubo con llave para recibir el agua á los picos O, cuya seccion se vé en V (figura condensada en el conducto. Si el globo con- 71). El chorro de vapor choca y se quiebra al tenía agua, se desarrollaba mucha electrici- encontrar el diente o, luego atraviesa una cadad, y cuando estaba vacio, y el vapor era nal practicada en una pieza de boj b,. á que bien seco, no se producía. La forma y la subs- está roscada una virola n. Los tubos atravietancia del tubo ejercia tambien mucha in- san una caja D, en la cual están mojados con fluencia. Faraday empleaba conmunmente un mechas de algodon sumergidas en agua; con tubo ensanchado (fig. 68) al cual presentaba esto se produce una condensacion de gotitas el vértice de conos de substancias distintas. en el vapor antes de llegará los picos de saUn pequeño tubo vertical con llave (fig. 69), lida. colocado cerca del orificio de ciertos tubos de La electricidad negativa que sale por el roce salida servia para introducir varios líquidos al con _las gotitas de agua arrastradas por el vachorro del vapor. Al introducir agua destilada por, pasa á la caldera y el fluido positivo, arse producia mucha electricidad; mientras que rastrado por el vapor, pasa á las puntas aislacon agua comun ó mezclada con alguna subs- das B. Estas puntas se ponen muy cerca de tancia salina, alcalina ó ácida no se produ- los picos de salida cuando se quiera -obtener cía. Se obtenían iguales resultados al introdu- mucha electricidad; cuando se quiera obtecir antes el líquido en el globo, lo cual se ex- ner no ya mucha electricidad, pero sí una plica por la mayor conductibilidad que las fuerte tension, y, por consiguiente, chispas materias disueltas comunican al agua; las largas, entonces las puntas B se colocan á electricidades separadas por el frotamiento se unos 10 ó 12 centímetros de C. Si se desea recombinan inmediatamente. El amoniaco, un sólo fluido, se pone el cuerpo que recibe en poca cantidad, apenas aumenta la conducla otra electricidad en comunicacion con el tibilidad del agua, por lo mismo no dificulta suelo; con esto se evita la recombinacion de la produccion de electricidad. una parte de los fluidos á través del chorro de La electricidad, es generalmente positiva vapor. en el chorro de vapor, y negativa en el cuerpo Las máquinas hidro-eléctricas producen sólido con que choca, sea el que _fuere. Fara- efectos sorprendentes. Una caldera de 30 á day operó en más de 30 substancias; metales, 40 litros puede dar, por segundo, 4 ó 5 chispelos, substancias téxtiles, cuerpos aislado- pas de 10 á 15 centímetros de largo. La máres, etc. Todos ellos, sostenidos por soportes quina del Instituto politécnico de Lóndres, aisladores, estaban en cornunicacion con un cuya caldera tiene 2 metros de largo, tiene 46 electrómetro de panes de oro. chorros~ dá chispas de 60 centímetros, y proSi en vez de agua se introduce en el chorro duce unas 45 veces más electricidad que la esencia de trementina, aceite, ó disoluciones gran máquina de disco del mismo Instituto. de resinas, el chorro torna el fluido negativo, Con So chorros, la máquina de la Facultad y el cuerpo frotado el fluido positivo. Ciertas de ciencias de París, dá chispas de varios desubstancias dan resultados muy dudosos, por címetros de longitud y de varios centímetros adherirse al cuerpo frotado por el vapor. de grueso, que se suceden con tanta rapidez La cantidad de electricidad producida es · que es imposiblé contarlas. tanto mayor cuanto más considerable sea la A pesar de su gran potencia, estas máq uitension del vapor y más enérgico el choque. nas no pueden aplicars.e corrientemente, por

MAQUINAS

gastarse con rapidez los picos de salida del vapor, por tenerse que limpiar la caldera en caliente con agua que contenga potasa y llenarla luego con agua destilada, lo cual es costoso y molesto; y, por último, por necesitar mucho tiempo para o~tener la conveniente presion de vapor.

ELÉCTRICAS

339

pase al suelo, quedará electrizado positiva.:. mente y se podrá sacar una chispa de él. Esta operacion podrá repetirse varias veces, atendido que la electricidad de la resina nó pasa al plato e. . Esta teoría del electróforo es, sin embargo, incompleta, puesto que el molde desempeña evidentemente una funcion que no se tiene en Máquinas eléctricas por influencia. cuenta, como lo demuestran losinsignificantes PRINCIPIO DE LAS MÁQUINAS POR INFLUENCIA. resultados que se obtienen cuando está aislado, -En las máquinas eléctricas antes descritas, siendo fácil entonces sacar una chispa despues la electricidad se debe al frot3:rniento, y el de haber tocado el plato superior, y otra desfrotamiento al trabajo mecánico de un motor; pues de haberlo quitado. es decir, que se produce una especie de transHé aquí cómo se explican estos resultados: forrnacion del trabajo en electricidad. Esta Cuando se electriza negativamente la resina transformacion se resuelve de un modo más' por su cara exterior, la cara opuesta se elecaparente en las máquinas eléctricas sin frota- triza positivamente, por una accion molecular miento, en las cuales la influencia electrostá- que ya conocemos, en los malos conductor~s tica de uha carga fija de electricidad sirve para (fi.g. 47). El :(luido positivo de esta última cara electrizar indefinidamente un disco móvil. electriza por influencia el molde e d (fig. 73), Las primeras máquinas de esta clase las cuya electricidad positiva es repelida hácia el construyó Holtz, en 1865, y casi en la misma suelo, y, atrae la negativa hácia la re$ina, en época Tcepler tambien. A últimos del siglo donde destruye el fluido positivo que se enpasado habia inventado ya Volta · un aparato cuentra en ella, ó contraresta á lo menos fundado en el mismo principio, que llamó los efectos que podría ejercer á distancia. Si electróforo, y el cual se puede considerar co- se aplica entonces el disco metálico a b, la mo la máquina más sencilla en el funciona- descomposicion que tiende. á producir electricidad en la cara superior de la resina, no se miento por influencia. ELECTRÓFORO (DE VOLTA). - Este instru- encuentra ya cóntrarestada por una accion mento, muy empleado en los laboratorios contraria del molde. Además, la electricidad para inflamar las mezclas gaseosas, fué inven- positiva del disco a b reacciona sobre el moltado, corno hemo's dicho, por Volta; basado de e d, con mayor fuerza que su fluido neen los experimentos de Beccaria, .!Epinus y gativo más apartado, y determina una nueva Wilke, que á veces se le considera el invento. descom posicion. Si este molde está aislado El electróforo consiste en un pan de resina podrá sacarse una chispa, debida al fluido pocolocado en un molde de madera ó de metal sitivo. Si se toca entonces con el dedo el disr r' (fig. 72), sobre el cual se aplica un disco co a b, escapará su fluido negativo, quedando buen conductor e, provisto de un mango ais- sólo el positivo y se produce una nueva lador. Se principia por electrizar negativa- descomposicion en e d; el fluido positivo será mente el pan de resina frotándole con una repelido y se podrá sacar una nueva chispa. piel de gato ó de liebre, y encima se pone el Si se tocan las dos superficies a b y e d al misdisco e, que sólo le toca por cierto núµiero remo tiempo, se experimenta una débil conmoducido de pu~tos; así, las dos superficies percion. Por últLmo, si, una vez sacado el fluido manecen separadas por una capa de aire, y se positivo libre de e d, se separa el plato-a b verifica una induccion en el disco e, cuya su- electrizado positivamente, el fluido negativ0 perficie inferior se electriza positivamente y de e d, que estaba ietenid.o porlq. atraccion de la superior negativamente, corno se comla electricidad positiva de a b, quedará libre, prueba con un electrómetro de Henley. Si se y se podrá sacar otra. chispa de e d, debida separa el disco e cogiéndole por su mango, ahora al flúido negativo. queda todo al estado neutro; mas si se le toca Si el molde e d ha permanecido aislado y antes con el dedo para que el fluido negativo . no ha recibido ningun contacto á partir del

FÍSICA INDUSTRIAL .340 De este modo, con poca electricidad es fáinstante en que se le aplique el disco a b, se observa que éste se ha cargado muy poco de cil producir cantidades enormes. Téngase en electricidad ; el fluido positivo que haya per- cuenta que aquí no se engendra electricidad, manecido en c d compensa en parte la· accion puesto que, como en el frotamiento, la elecdel fluido negativo de la parte superior de la tricidad se forma por un consumo de trabajo resina . Todo esto se comprueba con un elec- mecánico empleado .en ejecutar los desplazatróforo de molde metálico y cuyo pan de re- mientos. MÁQUINA DE BERTSCH Ó ELECTRÓFORO GlRAsina no sea muy grueso. aparato, de invencion reciente, TORI0.-Este electri.:. la de Buff comprobó la naturaleza cidad repelida del molde aislado durante las es la más sencilla de las máquinas eléctricas varias fases del experimento, formando un de esta clase. Se la puede considerar CO!IlO electróforo por medio de un disco metálico una especie de electróforo giratorio, tanto puesto en lugar del boton de un electróscopo que, á veces, se la conoce con este nombre. Se compone de un disco P, (fig. 74), de .de panes de oro, y sobre el cual colocaba otro endurecido, susceptible de girar, sin cauchú y primero, el que mayor disco de resina algo un sistema de dos peines metálientre encima el disco metálico con mango de vi- ,roce, cos A, A' por un lado, y un sector S de caudrio. chú endurecido por el otro, colocado frente para sirven aisladoras materias Todas las formar electróforos. Por ser quebradiza la de la parte inferior (fig. 75). Para que la máquina funcione se principia resina, se la sustituye muchas veces por una cargar negativamente el sector S, que por de compuesta mezcla sirve de inductor. Su influencia sobre el dis250 gramos. Colofonia .. co aislador móvil es despreciable; pero obra Trementina de Venecia. de25 á 60 sobre el peine metálico para descomponer el Goma laca. 500 fluido neutro; cierta cantidad de fluido posiSebo. 15 tivo sale por las puntas y se reparte por la Como las materias resinosas son higromé- region próxima al disco, que la arrastra con tricas, debe calentarse el pan antes de frotar- su movimiento, mientras que una cantidad le, lo cual produce muchas hendiduras. La equivalente dé fluido negativo es repelida al gutapercha y Ja: ebonita no presentan este · extremo C de un conductor unido al peine inconveniente. Todas estas materias se elec- A. La carga positiva arrastrada por el disco, trizan negativamente; y para que se electri- reacciona sobre el peine A', al llegar frente cen positivamente se las debe frotar con alde él, le toma una carga ne's{ativa equivalente que vuelve el disco al estado neutro, y repele godon-pólvora. DUPLICADORES DE ELECTRICCDAD. - Obser- la electricidad positiva al extremo del con·vando Volta que el pan de resina vá perdien- ductor C correspondiente. Al encontrarse los do poco á poco su electricidad, ya por el con- dos polos C y C' de la máquina así cargados tacto del aire, ya por el del disco metálico, á un potencial bastante alto, se producen que está en contínuo contacto con él, le ocur- chispas contínuas entre ambos. Esta máquina tiene el inconveniente de rió devolverle la electricidad, sin necesidad por sí sola, á medida que la elecdescargarse de frotarle de nuevo, por medio de un segundo pan B. El disco metálico cargado por tricidad. del inductor se pierde en la atmósel primer pan A, apoya en B, y le comunica fera, y llega un momento en que no produce su electricidad positiva. Repitiendo varias ve- nada, á pesar de continuar dándole vueltas. MÁQUINA ELÉCTRICA DE CARRÉ.-El inconces esta operacion, B, se electriza positivamente con fuerza, y su electricidad sirve pa- veniente que acabamos de exponer no existe ra electrizar á su vez negativamente el pan A; en la máquina llamada dieléctrica, de Carré. sigue luego B, y así sucesivamente. Litch- Pertenece al tipo de la anterior, pero está comtenberg empleaba un sólo pan de resina de binada de modo que se ceba por sí misma. Se compone de dos discos que giran en forma ovalada y colocaba sucesivamente el sentido contrario. E! may9r, B, es de eboni.elíseo so~re cada mitad.

MAQUINAS ELÉCTRICAS

ta, y el menor A, es de vidrio (fig. 76). Estos

34I

encima del borde de la abe·r tura. En la aberdos discos se cubren mútuame~te de los~ á tura F', el borde superior está guarnecido del mismo modo con una faja de papel p' y 3 los l_ de sus radiosi el disco A gira lente- una lengüeta n'. Las fajas p, p' se llaman las 4 armaduras. Tanto los dos discos, como las mente por medio del manubrio M, mientras armaduras y las lengüetas, particularmente que el disco B recibe un movimiento de ro- en sus bordes, están cubiertos con una capa tacion rápido por una cuerda sin fin que vá de barniz de goma laca. de una polea mayor á otra menor. El disco A En frente del plato B, al nivel de las armasirve de inductor, automátieo y contínuo, por duras, hay dos peines de cobre O, O', soporelectrizarse positivamente por sí mismo al tados por dos conductores del mismo metal girar entre los dos frotadores F, F'. Obra C, C' (fig. 77). En sus extremos anteriores, por induccion, á través del disco B, sobre un terminan éstos en dos bolas bastante gruesas, peine i del cual extrae la ,e lectricidad nega- atravesadas por dos espigas de cobre termitiva que se vá depositando en el disco B; por nadas en dos bolas mas pequeñas r., r•, proconsiguiente, el conductor d, fijo al peine, vistas de mangos de ebonita K, K'. Estas esse electriza positivamente. Además, girando pigas pueden ¡¿orrer con roce suave por las el disco B rápidamente, su electricidad ne- bolas que atraviesan y girar tambien con gativa induce un segundo peine g y extrae ellas, para poderlas aproximaré inclinar más su electricidad positiva. Desde luego el disco ó menos según convenga. La rotacion del B, vuelve al estado neutro, mientras q.ue el disco B se obtiene por medio de un manubrio conductor C ligado al peine g se carga de M y una série de poleas y de correas sin fin; electricidad negativa. su velocidad es de r 2 á I 5 vueltas por segunEntonces es cuando se producen chispas do1 y la rotacion debe efectuarse· en sentido contínuas entre la bola e y el conductor C. de las flechas, es decir, hácia las puntas de Con discos cuyos diámetros respectivos sean las lengüetas n, n' (fig. 79). de 38 y 49 centímetros, las chispas alcanzan Para el funcionamiento de la máquina se unos r 5 centímetros. Se obtendrán aun ma- principia por cebar las armaduras p, p', es yores, si se aumenta la capacidad de la má- decir por electrizadas, la una positivamente quina, añadiéndole un condensador auxiliar y la otra negativ.a mente. Para ello se emplea como en la máquina de H~ltz. _una placa de ebonita que se electriza frotánMAQUINA ELÉCTRICA DÉ Honz.-Esta mádola con una piel_ de gato, ó con la mano; quina consta de dos discos de vidrio delgado luego se ponen en contacto las bolas r, r', de separados 3 milímetros uno de otro, y de modo que los dos conductores C, C' formen diámetros desiguales (fig. 77). El mayor, AA, . uno sólo, como representa la fig. 78, que en que tiene 60 centímetros de diámetro, está seccion horizontal segun el. eje de rotacion, fijo por cuatro galetes de madera a, situados da la disposicion relativa- de los discos y d·e en unos ejes sostenidos por piés de vidrio. los conductores. Aproximando entonces por En frente del disco A está el segundo disco B, detrás de una de las armaduras, la p por de 55 centímetros de diámetro solamente, que ejemplo (fig. 79), la placa de ebonita, que es está fijo á un eje horizontal de vidrio, y atra- negativa, esta placa atrae por la lengueta n viesa libremente una abertura central practi- la electricidad positiva de la armadura y la cada en el disco mayor. El disco B es lleno carga de electricidad negativa . Esta última -en toda su extension, mientras que el A está -induce tambien, á trav@s del disco B, á meditaladrado en los dos extremos de un mismo da que va girando, los conductores U C C' O diámetro, formando dos ventanas F, F'. A lo (fig. 78), atrae por el peine O la electricidad largo del borde inferior de la abertura F, en positiva que se vá depositando en la cara anla cara posterior del disco, está pegada una terior del disco móvil, mientras que, repelida faja de papelp (fig. 79), y en la cara posterior al mismo tiempo la electricidad negativa háuna lengüeta n de carton delgado, unida á la cia el peine O', se vá depositando, como la fajap por una cintilla d~ papel, que p__asa por pri:menl, en la parte anterior del disco B. Por

342

FÍSICA INDUSTRIAL

lo tanto, arrastradas las dos electricidades por la rotacion; al cabo de media vuelta, todo el contorno inferior del disco B, desde p á F' (fi.g. 79), se electriza negativame nte, y su con~ torno superior, desde p' á F, positivamente. Como las dos electricidades contrarias, por encima y por debajo de la abertura F', obran en el mismo sent_ido para descompon er la electricidad neutra de la armadura P' n', la parte P' se electriza positivame nte, mientras que la electricidad negativa sale por la lengüeta n' y ·se deposita en la cara interna del disco B, en donde, atendido su poco grueso, neutraliza casi completam ente la electricidad positiva depositada en la cara anterior. , Entonces es cuando quedan cebadas las dos armaduras, produciéndose el ll}ismo efecto en F ·que en F', en la armadura p n, es decir que las electricidades contrarias, por encima y por debajo de p n, descomponen una· nueva cantidad de electricidad neutra, la carga negativa de la parte p aumenta, mientras que la electricidad positiva que sale por la lengüeta n, neutraliza la electricidad negativa, que vá de F' á F ; y así vá siguiendo hasta que, por alcanzar la máquina su potencial máximo, se establece el equilibrio entre todas sus partes. A partir de este instante, la rotacion solo sirve para conservar el potencial constante. Si el aire es perfectamente seco, la máquina podrá funcionar durante mucho tiempo sin necesidad de sujetarla de nuevo con la placa de ebonita. Si se suprime entonces ésta, y se separan las bolas r, r' á una distancia que dependa de la potencia de la máquina, s.e produce una multitud de chispas continuas de una á otra bola (fig. 77), siempre que no cese el movimient o de rotacion. Potencia de la máquina. -A discos iguales, la máquina de Holz, es mucho más poderosa que la máquina ordinaria por frotamiento. Suministra , en el mismo tiempo, de 20 á 30 veces más electricidad, suponiendo que ambas giren con gran velocidad, esto es, ·con la máxima p_osible de obtener con la mano. Suministra tambien _mucha mayor cantidad de electricidad que las demás máquinas por influencia; lo cual obedece á que la carga de los conductores, ·en vez de disminuir, como en la máquina de Bertsch, en vez de permanece r cor,,sta_nte, como en la máquina Carré, vá por

lo contrario, aumentand o cada vez más por el mismo juego del aparato hasta alcanzar cantidades enormes. Empleo de los condensadores. -Al igual que en las demás máquinas electrostáticas, se puede aumentar la produccion de electricidad de la máquina de Holtz, aumentand o su capacidad. Para ello se ponen en los conductores C, C', dos condensadores H, H' (fig. 77), que consisten en dos probetas de vidrio grueso, cuyas paredes interiores y exteriores están cubiertas con una hoja de estaño hasta un quinto de su altura. Cada probeta está cerrada con un tapon ?travesado por una espiga de cobre con gancho, que comunica por ún extremo con la hoja de estaño interior y está colgado el otro á uno de los conductore s. Al exterior, las dos hojas de estaño se comunican por medio de un conductor G. En realidad, estas probetas no son más que dos .b otellitas de Leyden que se cargan, la H de electricidad negativa al interior y positivo al exterior, y la I-l' de electricidad positiva al interior, y negativa al exterior. Corno se cargan por medio de la máquina, y se descargan paulatinam ente por las bolas r, r', así refuerzan la chispa, que alcanza entonces hasta unos 17 centímetro s. Para utilizar la corriente de la ·máquina de Holtz se disponen frente del bastidor ó soporte dos bornes de laton Q, Q' (fig. 77), de los cuales salen dos hilos de cobre; luego por medio de las mangas K, K' se inclinan las espigas provistas de las bolas r, r', hasta que estas se encuentran en contacto con los bornes. De . allí es fácil dirigir la electricidad á los hilos ó á los aparatos que se quiera. La experienci a demuestra que la única parte eficaz de las armaduras es la que corresponde á los peines, y que sus dimensiones soi1 indiferente s. En cuanto á las aberturas, sus dimensione s pueden variar, y hasta se las ha llegado á reducirá simples herdiduras . Además de servir de soportes á las armaduras , permiten la salida del ozono que se forma entre los dos discos, cuya permanenc ia podria dificultar la produccion de electricidad. La máquina de Holtz tiene muy poco volúmen, y necesita para su movimient o menos fuerza que las máquinas con frotadores. Sin em_bargo, si se hace girar el ,disco des pues de

MAQUINAS ELECTRICAS

electrizadas las armaduras, se experimenta mayor resistencia que antes de la electrizacion, lo cual obedece á que el trabajo mecánico efectuado por el operador se transforma entonces en electricidad. MAQUINAS DE HOLTZ DE CUATRO DISCOS Ó MAQUINAS DOBLEs.-Poggendorff y Ruhmkorff idearon las máquinas dobles, formadas por dos discos fijos, con aberturas y armaduras, colocados entre dos discos giratorios sujetos al mismo árbol (fig. 80). Los dos brazos m, m' rodean los bordes de los cuatro discos y presentan sus puntas á los dos discos giratorios, en frente de las armaduras de los discos fijos, entre los cuales se introduce una placa de ebonita fuertemente electrizada que sirve de cebo. La cantidad de electricidad suministrada por esta •m áquina es doble de la que produce una máquina simple de igual diámetro, con relacion á una misma distancia de las bolas de descarga. Además, estas bolas pueden estar más separadas, á causa de la reaccion mútua que se ejerce entre las dos partes opuestas del aparato, el cual podrá permanecer cebado durante dos horas, desde que cesa el movimiento. MAQUINA DE DOS ROTACIONES.- Este apar.ato, llamado tambien máquina µe Holt1 de segunda especie (fig. 81), lleva dos discos horizontales que giran uno cerca de otro en sentido ·contrario, sin discos fijos ni armaduras. Se les imprime el movimiento por una misma cuerda sin fin que pasa por dos ruedas paralelas y por dos poleitas fijas á los árboles de los dos discos. Los cuatro peines sostenidos por las columnas A, A', C, C', están colocados en forma de cruz y situados, los dos q', P' sobre el disco superior, en sentido ·de un diámetro, y los otros dos p, q, debajo del disco inferior, en la misma forma. Estos peines están unidos de dos en dos, alternativame nte A con A', y C con C', de modo que constituyen dos sistemas de conductores, fáciles .de poner en comunicacion por las espigas con bolas de descarga B, B', situadas en las columnas C' yA. Para hacer funcionar este aparato se principia por poner las bolas de descarga B, B' en contacto (fig. 82), se hacen girar los discos y se aproxima una placa de ebonita electrizada,

343

E, al peine p. En la figura, los dos discos S y P están representados muy separados para que se puedan distinguir las varias partes. La electricidad negativa de E induce el peine p, repele .su fluido negativo hácia A B, y atrae por las puntas su fluido positivo, que pasa al disco P, cuya mitad p n q se electriza positi'vamente. En este instante, la máquina se basta á sí misma, y ya puede quitarse la placa E. La parte positiva p n q induce el peine opuesto q', repele su fluido positivo hácia C B', y el fluido negativo pasa al disco S, cuya mitad anterior q' m ·p se electriza negativamente y reacciona sobre el peine p, que vierte nuevamente fluido positivo en p n, mientras que el fluido negativo pasa á A B. El fluido positivo de la parte n q del dis~o P, obra sobre el peine q, repele el fluido positivo hácia C t C' B' y atrae el fluido negativo, que devuelve á la parte q m p de este disco su estado neutro. Del mismo modo, el fluido negativo de la parte anterior q' m' P' del disco S, al pasar por debajo del peine P', vuelve al estado neutro por el fluido positivo suministrado por las puntas, mientras que su fluido negativo es repelido hácia A' a A B. Se vé con esto que los peines p', q, llamados aspiradores, devuelven el estado neutro á los discos, mientras que los otros dos q', p, llamados conductores, vierten electricidad sobre estos discos. Las electricidades repelidas por los cuatro peines se acumulan en las bolas B, B' y al separarlas se obtiene un cúmulo de chispa:; fáciles de transformar en chispas brillantes y separadas, haciendo comunicar, para ello, los conductores C', C y A', por medio de botellas de Leyden. La máquina de doble rotacion dá resultados muy notables. Si el aire es bien seco, apenas disminuye la carga por el paso de las chispas de uno ~ otro peine. En todo lo que precede hemos prescindido de la induccion que pueda producirse en los discos, que consideramos despreciable, á causa de la rapidez del movimiento. MAQUINA ELECTROSTÁTICA DE Voso.-Las máquinas empleadas hasta ahora, en los gabinetes de física, parece que están destinadas á ceder su puesto á las nuevas máquinas de Voss. 1

344

FISTCA INDUSTRIAL

El frotamiento constituye realmente una fuerza electro-motriz, pero en él se pierde mucho trabajo. En las máquinas ordinarias de frotamiento, tal vez no se convierta en energia eléctrica el I por ciento de la mecánica gastada: esto en los dias secos, que en los dias húmedos ni el I por mil. En los puertos de mar y en los dias húmedos, hay que abandonar todo experimento con ellas, ó resignarse á operar en un local cerrado, desecando el aire con substancias á propósito, y ayudándose del calor para disminuir el estado higrométrico, cosas tocías incómodas, engorrosas y que ocasiornm gastos. Por estas razones las máquil:ias que utilizan la sola induccion electrostática han sido preferidas en Inglaterra, y están llamadas á quedarse dueñas de los gabinetes de física. Menos sensibles á la humedad que las antiguas, pocas son las veces qua se niegan á funcionar; tienen poco volúmen, gran potencia relativa y dan una série rápida de chispas. La electricidad adelanta muchísimo en todo aquello que constituye verdaderamente la física; en lo que esté sujeto á medida; en lo que se refiere á la cantidad y sus leyes; mas no sucede lo mismo con lo que respecta á la parte metafísica; en este punto la electricidad permanece envuelta en el misterio. La cienda puede hoy darse por satisfecha con conocer completamente lo que es un rayo s_onoro,. y casi completamente lo que es un rayo de luz ó de calor; pero estamos muy por bajo de este nivel en todo cuanto se refiere á la electricidad magnética; esto es, en todo cuanto se · refiere al magnetismo. Que cuando dos cuerp9s frotan entre sí se produce calor, ó por mejor dedr, aparece el calor, es verdad y verdad conocida desde la más remota antigüedad. Llegó un dia en que se vió que el ámbar frotado hacia algo más que calentarse, y entonc~s se observ_ó el primer fenómeno eléctrico, producto de la experimentacion. Más adelante se pudo formuar una ley; todo cuerpo es capar_ de electrir_arse por el frotamiento, si se coloca en condidones convenientes; pero aun en las mejores condiciones y con los cuerpos más á propósito, no podemos evitar que en el frotamiento, una gran parte de la energía mecánica gastada, se convierta en calor, y. toda

· esta parte de la energiá se pierda . Si pudiéramos encontrar dos cuerpos que al frotar entre sí, aislados ,' no se calentaran aunque desarrollaran calor, tendríamos en ellos la base de la máquina perfecta para desarrollar la electricidad por medio del frote. Pero Iio es así; todos se calientan; y tal es el orígen del mal rendimiento que hasta ahora nos dan las máquinas electrostáticas en que toda la electricidad se debe al frotamiento . En la máquina de Voss el frotamiento puede decirse que no existe. Está representada en la fig. 83. Se compone esta preciosa máq,uina, reducida á sus más simples elementos, de dos discos de vidrio cualquiera, paralelos, situados á muy corta distancia uno de otro y de modo que tengan el mismo eje geométrico. Uno de los discos (el de frente en la figura),· ostenta en su cara exterior seis pequeños círculos de papel de estaño pegados al vidrio; estos, circuli.tos están dispuestos simétricamente y equidistantes; en el centro de cada uno de ellos, cuya superficie es la de una moneda de diez céntimos, existe pegado un boton metálico, contra el cual ha de frotar una escobilla de hilitos de bordador de oro. El disco delantero vá fijado á un árbol horizontal de rotacion, cuyo eje ge9métrico es el de ambos discos. El disco posterior es fijo; el árbol lo atraviesa por el centro, más nada tiene que ver con él. . La rotacion del árbol, y por tanto del disco delantero, se hace á mano, á favor de_un manubrio, dos poleas y una cuerda. El disco posterior lleva pegadas en su parte exterior dos tiras de papel de estaño, formando dos arcos concéntricos con el vidrio, y de igual rádio que el del círculo formado por los botones. Estos dos arcos (que se ven en negro en la figura), tienen de largo la sexta parte de la circunferencia á que pertenecen, están, uno á la derecha y otro á la izquierda del disco, simétricamente colocados; estas tiras de estaño las llamaremos armaduras de la máquina . Las dos armaduras, por medio de conductores encorvados para no tocar al disco de vidrio móvil, llevan cada una una eseo billa metálica, de tal modo dispuesta, que cuando gira el vidrio, todos los seis botones metálicos van sucesiva é indefinidamente á , tocar dichas escobillas.

345 tan insignificante, que ningun instrumento pudiera delatarla; y en esta hipótesis, que es la menor expresion posible de hipótesis, hagamos girar tl platillq móvil. Sigamos en su movimiento al boton de la izquierda que está por encima del diámetro horizontal y muy cerca de la escobilla superior del conmutador ; apenas principie el movimiento, dicho boton tocará un instante á la escobilla, y como está entonces sometido á la influencia ó induccion de la armadura de ·la izquierda, si ésta tiene electricidad positiva, por ejemplo, el boton quedará electrizado negativamente, siendo rechazado el fluido positivo del boton, por el intermedio del conmutador y de la escobilla que éste lleva en su otro extremo, hasta el boton opuesto (el i?ferior de la derecha) al considerado, toda vez que cada dos botones opuestos están en el mismo diámetro. Tenemos, pues, dos botones electrizados: el superior izquierdo, negativamente; el inferior derecho positivamente. El primero,

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

En la parte anterior del disco de vidrio móvil hay lo que llamaremos diámetro de conmutacion: es una varilla metálica inclinada á unos 45 grados sobre el diámetro horizontal. Esta varilla ó diámetro de conmutacion se fija á Jos soportes de la máquina por medio de un tornillo de presion: c53-da una de sus mitades lleva un peine de-puntas metálicas, y entre ellas una escobilla para frotar tambien contra los seis botones cuando éstos pasan girando por bajo de ellos. Cuando decirnos frotar, entiéndase que lo que se . verifica es un contacto entre los botones y la escobilla, contacto que no es posible obtenerlo entre un cuerpo fijo y otro móvil, sin que, sin quererlo, haya un frote insignificante, dado que las escobillas son de hilos finísimos de bordar, y muy flexibles. Finalmente, delante del vidrio móvil, en el diámetro horizontal, en frente de cada tira de estaño ó armadura, hay un peine metálico, cada peine lleva su conductor y está bien aislado; los conductores de ambos peines, pueden acercarse ó alejarse á voluntad; entre ellos, saltarán las chispas cuando la máquina funcione ; estos dos conductores son los polos de la _máqui'na. A dichos discos de vidrio se ha dado una capa transparente de barniz á la goma laca, sin duda para hacerlos menos higrométricos y, por lo tanto, mejor aisladores. Las ·dos armaduras de estaño del vidrio fijo, despues de pegadas á la parte posterior efe éste, van cubiertas cada una de una tira de papel mucho más ancha y larga que ellas mismas -, este papel vá fuertemente pegado al vidrio sobre las citadas armaduras. 1'ambien suelen llevar dichas máquinas, pero esto no es i:egla absoluta, dos pequeños condensadores ó botellas de Leyden (tubos·de Leyden más bien) que se vén á uno y otro lado, y delante de las mismas. Cada uno de los polos de la máquina comunica con el interior de su respectivo condensador; las armaduras exteriores de dichos dos condensadores comunican entre sí, lo cual es lo mismo que si ambas comunicasen bien con la tierra. Tocante al funcionamiento de la -máquina, empecemos por suponer que la armadura de la izquierda tenga una ligerísima diferencia inicial de potencial con la tierra : diferencia

en cuanto corra : de circunferencia, tocará á la escobilla que comunica con la armadura derecha que suponíamos con potencial cero, y le cederá electricidad negativa; el segundo, cuando haya h~cho el mismo trayecto, tocárá á la escobilla de la armadura izquierda y le cederá electricidad positiva. Lo mismo irán haciendo cada par de botones : de modo, que la armadura de la izquierda irá aumentando la insignificante electricidad positiva prévia ó inicial supuesta, y la otra se irá cargando de electricida·d negativa. A favor, pues, de una carga inicial insignificante en una armadura cualquiera, éstas se cargarán fuertemente por medio de la induccion y del transporte de electricidad por los botones metálicos, que por esto se llaman portadores. Electrizadas ya fuertemente las dos armaduras, operarán ambas una fuerte y doble induccion sobre el diámetro conmutador; y como éste vá provisto de un peine de puntas en un extremo, y de otro peine en el otro, el peine superior lanzará chorros de electricidad negativa sobre la superficie anterior del disco, y el peine ·inferior lanzará sobre el disco electricidad positiva. De modo que todo el ángulo obtuso del disco delantero que hay T. II.-44

FÍSICA. IND.

FÍSICA INDUSTRIAL

sobre el diámetro horizontal, entre e:,te diámetro y el conmutador, llevará electricidad negátiva, y todo el ángulo obtuso opuesto por el vértice al primero, lleva.r:á electricidad · positiva. La electricidad negativa del ángulo obtuso superior del disco móvil, al pasar por delante del peine del polo negativo (derecha de la máquina}, ejerce induccion sobre este peine -á lo cual contribuye la armadura derecha negativa; rechaza la electricidad negativa al polo y la positiva cae por las puntas sobre el .disco de vidrio, dejándolo neutro. Poco 1~ .dura la neutralidad; no le dura más que lo ·que corresponde al ángulo agudo inferior derecho, porque allí el peine inferior del conmutador le lanza electricidad positiva; ésta, -~levada por el vidrio, recorre el ángulo agudo -obtuso inferior izquierdo; llega al peine del polo positivo; ella y la armadura izquierda ejercen la induccion sobre. el peine; le dan electricidad positiva, sacándole la negativa por las puntas; la negativa del peine neutraliza allí al disco; sigue este neutro en el ángulo agudo ·superior izquierdo; llega al peine superior del conmutador etc., etc. Inútil es seguir, puesto que ya hemos llegado al punto de partida y lo que sucede en una vuelta, su·cede en todas. Esta máquina es interesantísima y la mejor para un gabinete de física ó de electro-terá·pia. Hay ciertas curiosas analogías entre esa máquina y una dinamo Gramme bipolar. Una y otra no pueden producir eledricidad más que en un sentido de la. rotacion : la de Voss tiene esas dos armaduras con fluidos contrarios; como la de Gramme tiene sus dos pie.zas polares con magnetismos diferentes. · La máquina de Voss tiene un diámetro que- podemos llamar de conmutacion, por cierta analogía, aunque remota, y que lleva tambien su avance regular; lo que en la máquina Gramme son las escobillas, son aquí los peines que van unidos- á los polos. La máquina Gramme produce una corriente contínua, la .de Voss dá una corriente de chispas entre sus -dos polos, separados por un intervalo de aire más ó menos grande, á voluntad. Más todavía; á ser posible construir una máquina de Voss, idealmente ligera, y suILinistrarle la electricidad de fuera, la máquina se pondria

á girar en sentido contrario al movimiento antes descrito. Hemos supuesto antes que, para que empezase á funcionar esta máquina, establecíamos una pequeñísima diferencia inicial de potenciales entre las dos armaduras, y aquí estaba el punto de partida de la explicacion de la carga. Efectivamente, puede procederse así en la práctica : puede empezarse por tocar una armadura con. un cuerpo electrizado por frotamiento, _ó aproximarlo, sin tocar, á uno de los extremos del conm~tador, lo cual creemos que será mejor. Pero en realidad, no se necesita recurrir á estos expedientes, .porque la máquina se enceba sin más que ponerla en movimiento ; le cuesta á veces dar muchas vueltas inútiles; otras veces se enceba por sí misma al instante; rara vez se necesitará •acudir al remedio. ¿ Cómo se explica que la máquina se encebe por sí misma? La expliGacion ha de ser la misma que la que se dá para explicar el ·e ncebamiento de 1a máquina dinamo-eléctrica de corriente contínua a-qto-escitatriz, con la diferencia que en esta se parte de un magnetismo inicial insignificante, y en la de Voss se ha de partir de una diferencia de potencial insignificante tam bien ; lo, cual constituye una analogía más sobre las ya enumeradas. Si esta máquina fuera matemáticamente perfecta·en la igualdad de sus partes y· órganos, y estuviese fuera de toda influencia eléctrica ó magnética, esa máquina no podría encebarse nunca; esto es, no podría funcionar sin darle, corno á la de Holtz, una peq ueñísima diferencia de potenciales á las armaduras; opinion robustecida por el hecho de la facilidad con que se cambian los polos de la máquina sin haber hecho ningun cambio en ella. Semejante facilidad prueba la pequeñez de la causa de la diferencia inicial : que sola·mente una cantidad próxima al cero puede sufrir esos cambios de signos, al parecer injustificados. MAQUINA ELÉCTRICA DE DERRAME. ·- Thomson ha ideado otra clase de máquina eléctrica que funciona por caida de agqa. Un tubo t (fig. 84) vierte agua á través de un cilindro i; aislado, electrizado negativamente; las go·tas líquidas se electrizan positivamente por . ,

-MÁQUINAS ELÉCTRICAS

347

influencia; al caer encuentran un segundo ci- nas, pero que se fe · puede considerar éomo lindro r, y le ceden su electricidad; por últi- término medio, para las máquinas que se emmo, salen al exterior al estado neutro; así, plean para cargar fas baterías eléctricas. pues, el potencial del cilindro r se vá contiEn todas las máquinas electrostáticas, la nuamente elevando más y más. Juntando dos e.Zectrlcldad post'tiva sale por las püntas de los ap·a ratos semejantes, de modo que el induc- peines, ~n forma de ráfagas violeta, muy vitor t' del uno comunique con el receptor r del sibles en la oscuridad, que se dirigen al dt'sco otro, cada receptor mantendrá la electrizacion !Jir.atorio, es decir, que escapan en sentido del inductor opuesto y la máquina funciona- inverso del movimiento de rotacion del disco. rá por sí misma, así que se haya comuni- La electricidad negatt'va se manifiesta d_<¡ muy cado á uno de los inductores un potencial, por distinto modo en las puntas que la deja~ salir débil que sea. y toma el aspe~to de estrellt'tas lurpi;1osas, ' En esta máquina, el trabajo necesario para igualmente color violeta. elevar la electricidad al potencial del cilindro El conductor que ' comunica con,}O.$¡pelnes r, lo produce la gravedad. Las gotas atraídas positt'vos es el polo negatt'vo de la máq),lina; el hácia arriba por el inductor llegan á r con . que comunica coñ los peines negatt'vos es el •r -· , una fuerza viva, menor que si cayesen libre- polo positivo. mente; cuando el trabajo correspondiente al Chispa eléétrioa.. aumento del potencial producido por una gota sea igual 'á la fuerza viva total de la caíPRoDuccroN.-Uno de los priti:Íeros fenóda de esta gota, entonces ~1 potencial ya no menos que se observan en una máquina eléc·podrá elevarse más. trica es la chispa viva que se saca de los conEs evidente que, estas. máquinas no pueden ductore_s al aproximar la mano. Hemos visalcanzar un potencial considerable á causa de to ya que la causa, de este fenómeno es la la humedad, sin embargo, una caida de agua accion por influencia que ejerce la electricimuy insignificante bast~ para mantener .car- dad positiva de la máquina sobre la electrici:gados los conductores durante un tiem.PO indad neutra de la mano. Una vez descomdefinido. puesta esta electricidad, la atraccion entre las La figura 85 representa la disposicion que electricidades contrarias de la máquina y de Thomson dá á esta curiosa máquina. Las bola mano acababa por dom_inar la resistencia tellas de Leyden by b' dan una capacidad condel airé, en cuyo instante, las dos electricidasiderable á los dos conductores. des se recombinan con ruido y luz, aparecienTEORIA DE LAS MÁQUINAS ELECTROSTÁTICAS. do la chispa viva, instantánea y acompañada -Las teorías actuales de las máquinas elecde un escozor más ó menos fuerte, segun la trostáticas son incompletas y se las debe con- potencia de la máquina. siderar como provisionales, debido á los pocos FORMA DE LA CHISPA.-La forma de la chisexperimentos exactos de que han sido obje- pa es variable. Si explota á poca distancia, to. Lo único que, en general, puede decirse, es ·rectilínea (fi.g. 86): Más allá de seis á siete es, que son caudales ó focos de ele'ctricidad centímetros de longitud, es irregular y afecta de un potencial elevado y de poco gasto. la forma de una curva sinuosa, acompañada El valor del potencial máximo depende, de ramificaciones muy delicadas (fig. 87). Si repetimos, de la forma de la máquina, del aisla descarga es muy fuerte, la chispa se produlamiento de los conductores y, por consi- ce en zig-zag (fig. 88). Estas dos últimas forguiente, del estado higrométrico del aire am- mas son las· que producen. los r elqmpagos. biente, y tambien de la fuerza mecánica que DuRACION DE LA CHISPA. - Wheatstone, en se utilice. Segun Thomson, las buenas má- Inglaterra, trató de apreciar la duracion de la quinas por frotamiento, que producen chis- chispa eléctrica, empleando el método del espas de tres centímetros de largo, tienen un po- pejo 'giratorio de Foucault para hallar la vetencial, á poca diferencia, igual al de una pila locidad de la luz. Con ello encontró que, con de 80,000 á ioo,ooo elementos Daniell; poten- suficiente velocidad de rotacion, las chispas cial que puede ser :mayor en ciertas máqui- .1 daban imágenes alargadas en sentido de la 1

FÍSICA . INDUSTRIAi

rotacion, con lo -cual podía apreciarse la duDuracfon en millonésimas Número de jarras de segundo . de la ba teria. racion de la chispa. Arago, despues, buscando la duracion de 26 2 los relámpagos, empleó un disco metálico, 41 _ 4 que giraba _a lrededor de-un eje perpendicular 6 47 á su plano. Este disco estaba d_ividido, en sen8 55 tido de los radios y á )ntérvalos iguales, por Se vé con esto que la duraciort de la chispa aberturas longitudinales muy estrechas que aumenta con el número de jarras, que aumenpermitian el paso de la luz. Mirando los relámpagos á través de este disco, que giraba ta tambien con la distancia de los dos polos, y con velocidad conocida, se veían los trazos que es 'independiente del diámetro de las botanto más anchos cuanto mayoi: era la dura- las, entre las cuales se produc.e la chispa. En las máquinas eléctricas la duracion ·de la cion del relámpago ; En 1870, Lucas·y Cazin, idearon un instru- chispa es tan insignificante, que casi es impomento, el cronóscopo de chispas eléctricas, sible apreciarla con el cronóscopo. . DISTANCIA EXPLOSIVA DE LA CHISPA.-Se llaque permite medir la duracion de la chispa en millonésimas de segundo. La distancia á que ma así la distancia máxima .á que puede proexperimentaban era de 5 milímetros entre.dos ducirse la chispa entre dos conductores elecbolas cargadas por las armaduras de una ba:. trizados. La distancia explosiva entre dos teria eléctrica, y encontraron duraciones dis- conductores electrizados es sensiblemente protintas, segun la potencia de la batería. Hé porcional á la dif e~encia de potenciales de estos dos conductores. aquí algunos de sus resultados numéricos:

CAPÍTULO VIII

CONDENSACION DE LA ELECTRICIDAD

Estudio experimental y teoria. carga que puede recibir un po, el péndulo b se separa tambien, á causa conductor aislado depende de de la descomposicion por influencia que se la potencia de la máquina que resuelve enel disco B; más, éste péndulo b si_rve para cargarle, y el má- se separa menos que el a, por existir menos ximo de su potencial está limi- fluido positivo en B qu·e en A. tado por el que puede mantener Supongamos ahora que, separado de la la máquina, atendidas las varias máquina el disco A, se ponga en comunicacausas de pérdida que puedan cion B con el suelo. Inmediatamente el péninfluir. Cuando, con una máquina _mediana, dulo b caerá completamente, por pasar el · se qui~ran obtener füertes descargas para fluido positivo de B al suelo, sucediendo tamproducir efectos intensos, se acumulan en apa- bien que el péndulo a bajará notablemente. ratos especiales, llamados condensadores, can- Para explicar esto, observemos que, obedetidades de electricidad mucho más considera- ciendo á la electricidad de A 1~ atraccion del bles, que las que por sí mismos podrían fluido negativo que permanece sólo en B, pacontener. : sará á la placa aisladora, y quedará muy poco ELECTRICIDAD .DISIMULADA Ó RETENIDA. en la cara exterior de A, cuyo efecto no podía Consideremos·una placa aislaqora ce (fig. 89) tener lugar antes, por contrabalancear el fluiá la cual se apliquen dos discos metálicos del- do positivo de B la accion del fluido negativo, gados . A A, y B B de poco ·menor diámetro, y tanto _más completamente cuanto más delaislados· y provistos de péndulos a y b. Pon- gado sea el disco B. gamos en comunicacion, por medio de un Por lo demás, no toda la electricidad de A hilo, el disco A con una máquina eléctrica y queda retenida en la' plac·a aisladora, como despreciemos, por de pronto, la induccion que podría suponerse, po·r existir menos fiuido pueda efectuarse en la placa aisladora. El dis- negativo en ·1_3 que fluido positivo en A; una co A se carga de electricidad que supondre- parte de este último pasa al primero, á la placa mos positiva, alcanzando la carga su máximo aisladora, y luego, por repulsion, dificulta la cuando el potencial sea igual al de la máqui- enÜada de una nueva cantidad de fluido de na, y el péndulo a se separa. Al propio tiem- igual nomb~e. I:.a parte que queda _podrá ser . A

FÍSICA INDUSTRIAL .350 más ó menos repelida 6 atraida por el fluido parados por una placa aisladora, recibe el negativo de B, quedando , pues, completa - nombre de condensa dor eléctrico. Los discos mente libre, y, como el fluido que la atrae se llaman las armadur as del condensa dor. está menos separado de ella que el que la re- El que recibe directam ente la electricid ad se pele, este último será siempre en menor can- llama disco colector; el otro, disco condentidad que el de B. La electricidad del disco A sador. quedará así dividida en dos partes: la una liDesde luego, condensadores son unos apabre y atraída la otra hácia la placa aisladora , ratos que sirven para acumular , sobre superelectricidad que no producirá tension al exte- ficies relativam ente pequeñas , cantidades conrior. A es,ta se la llama electricid ad disimu- siderable s de electricidad. lada ó latente, espresiones que no quieren Todo condensa dor se compone esencialdecir ciertamen te que esta electricid ad haya mente de dos cuerpos conducto res, separado s perdido sus propieda des ordinaria s, sino sim- por un cuerpo aislador. plemente que no produce efectos exteriore s, Los · varios condensa dores que se conocen por estar contraba lanceada su ~ccion por la sólo difieren entre sí por la forma y las dide la electricidad del disco opuesto. Así, toda mensione s de los condensa dores y del aisla electricidad dei disco B es disimulad a. lador. La cantidad de electricid ad que permanec e El tipo de estos aparatos es el condensa dor libre en A, posee un potencial mucho más de discos de .A!:pinus. débil que el que tenia antes de que B comuCONDENSADOR DE .A!:PINUS.-Esteaparato está nicase con el suelo; desde luego, es menor formado por dos discos de laton A y B (figuahora que el de la máquina eléctrica. Si se la ra 90) y por una placa de vidrio C que les pone nuevame nte en comunica cion con el separa. Estos discos, provistos ·cada uno de disco A, suminist rará nueva electricidad hasta un pequeño péndulo eléctrico con hilo conque el potencia l de A vuelva á ser igual al ductor de cáñamo, están aislados por dos ,de los conducto res de la máquina. Esta nueva columnas de vidrio, y los piés de éstas pueelectricidad determin ará una nueva descom- den correr á lo largo de una regla que les posicion por influencia en el disco B y el pén- sirve de soporte, para poder así alejar ó aprodulo b se sepa.rará. Si, cortada la comunica - ximar los discos, segun se desee. ~ion de A con la máquina, se hace comunica r Para cargar el condensa dor, es <l:ecir, para B con el suelo, el péndulo b caerá de nuevo, acumular las dos electricidades en los discos y el péndulo a bajará un poco, á causa de que conducto res, se ponen ést9s e1: contae:to con la mayor parte del fluido positivo, recibido ·por la placa de vidrio (fig. 91); luego por medio segunda vez por el disco A, pasará á ser ]a- de hilos ó cadenitas metálicas , se pone en tente por la nueva cantidad de fluido nega- comunica cion uno de ellos, B por ejemplo, tivo pr-oducido por influenci a en B. Desde con un foco producto r contínuo de electriciJuego, habrá en A mayor cantidad de elec- dad, y el otro con el suelo. En este caso el tricidad positiva disimulad a·, y tainbien ma- disco B es el colr:ctor y el disco A el condenyor cantidad de fluido libre, que antes de la sador. segunda operacion. Vemos tambien que la Cuando el péndulo b del colector alcanza electricidad negativa de B será enterame nte su máxima desviacio n, el condensa dor se cardisimulad a, y en mayor cantidad que la disi- ga por repulsion; se cortan entonces lascomulada en A. municaci ones con Ja máquina y con el suelo; Repitiend oesta série de operacion es se sumi- el colector B se carga positivam ente y el connistrarán á _los di~cos A y B nuevas cantida- densador A negativam ente, acontecie ndo que des de electricidad, condensándose cantidades el péndulo a de este último no diverge, lo cual enormes de ella, lo que no hubiera sido posi- se represent a diciendo que no hay electridble si no se e'ncontrase un disco en frente de dad libre en el condensa dor, ó que está disiotro. mulada ó retenida. CoNDENSADOR.-A causa de esta propieda d, Permane ciendo los discos en contacto cem el sistema de los dos discos conducto res, sela placa aisladora~ y quitados los hilos de co-

CONDENSACION

•

municadon, se podrá descargar el condensador de dos modos, ya por descarga latente, ya por descarga· instantánea. Descarga latente.-Se toca · primero con el dedo el colector B, sacando una chispa de él; entonces se observa que el péndulo b cae; mi~ntras que el péndulo a, que habia permanecido vertical hasta entonces, empieza á diverger (fig. 9Í). Tocando ahora el disco A, s.e· saca uná segunda · chispa, con lo cmal cae nuevamente a y diverge b. Si se continúa to•cando'a..J.ternativame·nte los dos discos, se obtien·e una s~ie-más ·ó menos larga de chispas que se ván debllitandó más y más. La descarga operada de est~ mocl.o es muy lenta· y, si el aire es seco, se haoo en varias horas. Esté sistema de descarga no daria buenos resultados si se ·tocasé ·primero el disco A. · Descarga instantán•e a.-Si se ponen en·comunicacion los dos discos, por medio de un arco metálico, se obtiene una descarga ins- tantánea con chispa viva. En esto pueden considerarse tres casos: 1. º Si el arco metálico e (fig. 92) se pone· primero en contacto con el disco B, que n'o .contiene electricidad libre, el fluido libre de ,A descompone por iqfluencia, antes del contacto, el fluido neutro del arco e, repele el .fluido positivo h.ácia B, y atrayéndb el fluidó negativo, se combina con él produciendo una · .chispa, así que la distancia es ya muy pequeña, neutralizándose una parte del fluido de A. .De esto resulta que, parte del fluidb negativo -de B queda-1-ibre y se esparce por el arco e, en donde es destruido por el fluido positivo .que acaba de ser repelido e·n él. Entonces .aparece nueva: electricidad libre en A, ·que -0br.a igualmente sobre el fluido ·neutro del .arco e' -produciéndose una nueva chispa, y así .vá siguiendo hasta quedar completamente deS_cargado el condensad'Or. Estas descomposiciones y composiciones se suceden con una ra.pidez asombro.sa, de modo que, en· realidad, .se observa una ·sola descarga, y si el aparato y el arco están aislados, solo queda la electricidad libre del disco A. 2. Si el arco e1>tá apoyad'O · primero é11 el 1 .disco A; una parte de la electricidad libré de este disco se esp_a rce por ·el arco y abandbna ,dicho disco. Una peq~eña cantidad de fluido negativo de B queda libre y al encontrarse 0

LA EllkTRICIDAD

coñ el fluido positivo que se ha esparcido por el arco, se combina con él á través del . aire, así que es suficiente la distancia. La descarga termina como en el caso anterior.. Es evidente que el arco debe estar aislado; de no ser así nos encontraríamos en el caso anterior, puesto que el arco estaría en comunicacion con B por medio del suelo. 3. º Si los dos extremos del arco aislado se aproximan al mismo tiempo á los dos discos, pero sin tocar uno antes que otro, se produ~ cirán dos chíspas; la una en A por 'medio de sü electricidad libre y el fluido negativ'o desarrollado por influencia en el arco; la otra en B por'la combinacion del fluido positivo repelido al arco, con ·el fluido negativo que queda libre en B en el momento de neutralizarse el fluido positivo de A. · · · La tension de la electricidad libre es generalmente muy débil en el colector, para que la explosion no atraviese la placa aisladora·; este es el motivo porq~e es tan cortá generalmente la chispa. Si está producida por gran·des cantidades de electricidad, es entonces muy ·g ruesa, y tanto más :cuanta mayor su_ perficie armada presenta el'aparato . CoNMOCION ELÉCTRICA.-Si se tocan al mismo tiempo con ambas manos los dos discos de un condensador, las electricidades se combinan á través de los brazos, y se exper-imenfa -l a conmocwn eléctrica, sacudida brusca y violenta, acompañada de cierta contraccion de los músq1los y de un dolor vivo instantáneo, principalmente en las articulacione·s. ExcITADOR.-Como la conmocion de los .grandes condensadores podria ser perjudicial, se les descarga por medio del excitador (figura 93), formado por dos arcos metálieos o m, o n, terminados en bolas, y articulados en o . . Se le cog·e por los mangos de vidrio v, v. Para ;los condensadores pequeños son inútiles los -m·a ngos del excita~or, puesto que la electrici,dad sigile preferentemente los metales. DESCARGA POR EL AIRE.-El aire húmedo vá déscargando po~o á poc9 ~1 condensador. Sea elcqndensador ·~argado y aislado (fig. 94); el péndulo a .del disco colector está desviado, mas como el aire vá tomando poco á poco la electricidad librn de este disco, -·el péndulo a baja. Al propio tjempo, el péndulo b sube lentamente, por existir ele.ctricidad libre en b.

.3 5~

FÍSICA INDUSTRIAL

Esta electricidad se vá perdiendo tambieii por placa de vidrio bien seca y encima de ésta un el aire y pone en libertad una cantidad' cor- segundo disco conductor A' A', provisto de respondiente en el otro disco; mas como la 'un mango aislador, que pondremos en comutension es menor en b que en a, la pérdida se nicacion con la máquina eléctrica; así se haresuelve tambien allí con menos rapidez, el brá formado un condensador de placa de vipéndulo b continúa subiendo ·y el péndulo a drio, de suerte que, si se unen B1 y A' por mebajando, hasta que las pérdidas en ambas par- dio de un arco conductor, se producirá una tes sean iguales. A partir de este instante, los chispa ruidosa con todos los efectos de despéndulos bajan con igualdad, más y más len- carga enérgica. Si en vez de descargar ei"contamente, hasta encontrarse completamente densador, alejamos primero el caudal eléctrico _descargado el aparato. y separamos el disco B' del suelo; tomamos Con esto se comprueba la existencia de la despu~s el disco A por el mango aislador que electricidad libre, á lo menos en uno de los lleva y cojemos eJ, vidrio por sus bordes; si discos y al sacar una cantidad de ella, pqr ademá"s de esto prescindimos de la inflUe!].cia poca que sea, una parte del fluido del disco ejercida por la placa aisladora, parece á priopuesto queda libre, existiendo entonces fl1Ji- mera vista que los dos discos deben retener do libre en ambos discos á la vez. . las electricidades de <¡ue están provistos y disDESCARGAS SECUNDARIAS. - Despues de la tribuirse libremente por sus superficies al aleprimera chispa, no queda nunca completa- jartes; y, sin embargo, la esperiencia demuesmente descargado el c0ndensador, puesto que tra que las cantidades de electricidad que conal poco tiempo, pue_de sacarse una segunda servan los discos son apenas apreciables. Mas, 'chispa, y una tercera y una cuarta y más aun, si una vez descargados estos conductores, se más y más débiles, como ya hemos dicho. coloca -nuevamente el vidrio sobre B B' y Pues bien, á estas descargas sucesivas se las ·A A' sobre aquél, y se unen B B' y A A' por llama descargas secundarias, debidas á una Ún arco metálico, se obtendrá así lma descarelectrizacion por influencia desarrollada á ga ca!Si tan viva como si no se hubiesen sepapoca profundidad en las dos caras del aislador; rado antes los aparatos. Desde _luego, · debe si se han -descargado ya los discos una vez, la suponerse que 1as cargas de las armaduras electricidad del vidrio es laque los descarga de han abandonado 1os discos para pasar al vinuevo. drio. LÍMITE DE LA CARGA.-La car.ga del condenEs muy fácil ejecutar una contra-prueba de sador es, á igualdad de circunstancias, pro- este exparimento. Basta _para ello quitar el porcional al potencial del foco eléctrico y á la vidrio, colocar las dos manos en las dos susuperficie d'e los discos, é inversamente pro- perficies, y reunidas la-s dos electricidades por porcional al espesor de la placa .aisladora. medio de los brazos, harán experim_entar una Dos son las causas que limitan la can.tidad fuerte éonm.ocion. Si, por lo contrario, el exde electricidad que pueda acumularse en las perimentador toca las superficies de este vicaras del condensador: 1. ª el potencial del dis- drio tan sólo con las puntas -de los dedos, la co colector acaba por igualar al del foco pro~ conmocio111. qut! se siente es muy débil; pasan. ductor y, á partir de este momento, este ya -do los dedos por las dos superficies, se siente no puede ceder electricidad al condensador; cierto cosquilleo y se vá descargando sucesi2. • la placa aisladora situada entre los dos disvamente cada una de las partes que toca. cos opone una resistencia . limitada á. la reLa mision de los discos . en la descarga es-· com binacion de las dos electricidades, y cuan- triba en tomar en cada uno de los puntos de do la tension de éstas es mayor que la resis- la placa aisladora que tocan, la electricidad tencia de esta placa,· se agujerea ésta y las que en ella encuentrañ, para transportarla á electricidades contrarias se juntan. los extremos del excitador. FUNCION DE LA PLACA AISLADORA DE LOS CONEsto se evidencia por medio del cuadro DENSADORES.-Coloquemos un disco metálico mágico ó cuadro fulminante. · B B' horizonfalmente y en comunicaoion con i CUADRO FULM1NANTE.-Este ~parata, debido el suelo (fig . 95); pongámosle encima una : á J:rauklin, no es más q1rn .un condensador

CONDENSA.CION DB LA ELECTRICIDAD

más sencillo q.ue el de JEpinus, que produce chispas más vivas y más fuertes conmocion es. Está formada por un vidrio ordinario, COJl marco de madera, en cuyas caras están pegadas dos hojas de estaño, que entre sus bordes y el marco dejan un intérvalo de uno á seis centímetro s. Estas hojas no comunican entre sí, pero una de ella$ comunica con el marco por un pedazo de estaño doblado de modo que retiene un anillo del cual pende una cadenita (fig. 96). Para cargar el cuadro fulminante se presenta la hoja de estaño ~slada al conductor de una máquina eléctrica, es decir, la que no está en comunicac iou con el mar·co. Por encontrars e la otra hoja en comunicacio n con el suelo por medio de la cadenita, las dos hojas accionan como los discos del condensad or de .JEpinus, acumulándose grandes cantidades de electricidades contrarias en ambos. El cuadro fulminante se descarga como el condensad or de JEpinus, con el excitador simple. Se toma el cuadro con la mano, se aplica una de las bolas del excitador al ex, tremo de la hojita de ~staño que está en contacto con la _h oja inferior, y se acerca la otra bola á la hoja superior. En este instante surge una chispa viva, sin que el experimen tador sienta _la menor conmocion , por operarse entera la -recomposi cion por el arco metáJico. Si, por lo contrario, teniendo siempre el aparato con la mano, se tocan al mismo tiempo las dos hojas de estaño c6n ambas manos, se recibe una fuerte conmocion , puesto que -la re<;omposicion eléctrica se opera entonces por el brazo y por el cuerpo del operador. BOTELLA DE LEYDEN. - La botella de Leyden es el más antigu,o y el más importante de los condensadores.• Se le llama así en recuerdo de la ciudad en donde se inventó. En 1746, fué cuando Cuneus,dis cípulo de Muschemb roeck, repitiendo los experimen tos de su maestro, le ocurrió la idea de electrizar el agua de un vaso de vidrio que tenia cogido con la mano . Al querer sacar del agua con la otra mano el alambre que daba paso á la electricidad , sintió una conmocion muy violenta, que le asustó. Se vé con esto que el agua constituye la armadura interior de un verdadero condensador, y la mano aplicada al exterior forma la otra armadura. FÍSICA. IND.

353

La botella de Leyden se compone de un frasco de' vidrio _delgado, cuyo tamaño varía segu·n la cantidad de electricidad que se quiera acumular. El interior está lleno de bojas de oro batido; en la superficie exterior está pegada una hoja de estaño B que cubre tambien el fondo, y deja el vidrio al descubierto á bastante distancia del cuello (fig. 97). A la boca se adapta un tapon de corcho atravesado por un8- espiga en forma de gancho exterior y terminada en una bola A : esta espiga comunica interiorme nte con las hojas de oro que constituyen la armadura interna; la hojq de estaño Bes ·1a armadura externa; es decir, que ambas hacen las veces de los dos discos, colector y condensad or de JEpinus. La botella de Leyden se carga como el condensador de JEpinus y el cuadro fulminante , es decir que se pone una de las armaduras en comnnicac ion con el suelo y la otra , con un foco productor de electricida9-. Para ello se la coge con la mano por la armadura exterior y la interior se presenta á la máquina eléctrica por medio del gancho que sale de ella ; la electricidad positiva se acumula en las hojas de oro, y la negativa en el estaño. Lo contrario se verificaría si se tomase el gancho con la mano y se presentase la armadura exterior á la máquina. La descarga puede ser lenta ó instantánea . Para lo último se la toma con la mano y se ponen en comunicac ion las dos armaduras por medio del excitador simple. Debe tenerse mucho cuidado en tocar primero la armadur~ que se tiene con la mano, de lo contrario se recibiría una conmocion (fig. 98). Para la descarga lenta se aisla la botella en un pan de resina, y se toca alter- • nativamen te, con la mano ó con una varilla de metal, la armadura interior, luego la armadura exterior, y así siguiendo, de suerte que á cada contacto se vá sacando una chispa más y más débil. Para que la descarga lenta sea más sensible, se dispone la botella_como representa la figura 99. La espiga es recta y lleva un timbre d ; cerca de la botella se coloca otra espiga con otro timbre e semejante al primero, colocado á igual altura, y además un péndulo eléctrico formado por una bolita de cobre que cu~lga de un hilo de seda. Se toma la botella T.

U.-45

FÍSICA INDUSTRIAL 354 JARRAS y BATERIAS ELÉCTRICAS.- Una jarra cqn la mano por la armadura externa y se la carga presentándola á la máquina eléctrica, y es una botella de Leyden grande de ancha se la vuelve á colocar en su sitio; con esto, la boca, y cuello corto, en cuya parte interior armadura interna contiene un exceso de elec- se pega una hoja de estaño que sirve de artricidad positiva que atrae el péndulo y le madura ó guarnicion interna, y otra en la hace chocar con el timbre produciendo un parte exterior, que es la armadura externa sonido ; repelida inmediatamente, choca con (fig. 103). La espiga t, que apoya en el fondo, el timbre e', al cual cede su electricidad y sirve para cargar la jarra, mientras su armaproduce otro sonido, pasando entonces al es- dura externa comunica con el suelo. Las jarras que se emplean para las baterias tado neutro, en cuyo caso vuelve á atraerla el primer timbre d y · luego el e y así si- llevan tapon y una espiga recta que le atr_aguiendo, mientras exista electricidad en la viesa, terminando interiormente en una ca' · botella. denita metálica que la pone en comunicacion con la hoja de estaño interna, y exteriormente experieste Para BALANCI_N ELÉCTRICO. mento se toman dos botellas de Leyden A y B termina en una bola. Una batería es una reunion de jarras colo(fig. 100) cargadas y que comuniquen con el suelo, que se colocan á ambos lados de una cadas ordinariamente en una caja de madera columna que soporta un balancin de vidrio a (fig. 104, 105 y 106), puestas en comunicacion b, 'terminado en dos bolas metálicas. Estas entre sí, interiormente, poi- medio de espigas bolas oscilan por las mismas causas antes exde metal, y exteriormente por medio de una plicadas, entre las bolas A, B, y las bolas c y hoja de estaño que reviste el fondo de la caja d, de las botellas y de la columna que comu- y está en contacto con las armaduras exter-_ nas de las jarras. Esta hoja continua hasta nica con el suelo. BOTELLA DE ARMADURAS MÓVILES.-La bote- comunicar con las asas metálicas de la caja, lla de armaduras móviles, debida á Franklin_, constituyendo así una especie de botella de sirve para demostrar que en la · botella de Leyden única de gran superficie. Carga. Se ponen en comunicacion las arLeyden, como en todos los condensadores, no son únicamente las dos armaduras las que se maduras internas con la máquina eléctrica, electrizan, sí que tambien las caras del disco y las armaduras externas con el suelo por la de vidrio que las separa. En esta botella las armadura de la caja y la mesa en donde se varias piezas se separan unas de otras, es de- haya colocado ésta, ó mejor aun, por una cacir, que se la descompone, y por esto se laha dena fija á una de las asas de la caja. Por dado este nombre. Se compone de un vaso grande que sea la cantidad de electricidad cónico de vidrio B (fig. 101) ó una armadura acumulada en el aparato, el electrómetro diexterior de metal C, y de una armadura in- verge muy lentamente y de niuy pocos graterior tambien de metal D. Colocadas estas dos, puesto que la desviacion se hace sólo en piezas lnas dentro de otras, constituyen una virtud de la diferencia de potencias que se esbotella de Leyden completa (fig. rn2). Se la tablece entre las armaduras. El número de electriza como la botella ordinaria y se la aisla jarras es generalmente de cuatro, seis ó nuecolocándola sobre un pan de resina; con la ve. Cuanto mayores sean, mayor es el tiempo mano se quita la armadura interior, luego el necesario para cargar la bateria, pero tamvaso de vidrio, por último, la armadura exbien, en cambio, son mayores sus efectos. Carga por cascada.-Cuando una bateria terior y se van colocando estas tres piezas unas al lado de otras. Es claro que, á causa presenta una gran superficie armada, para del contacto con la mano, las dos armaduras cargarla, son necesarias grandes cantidades habian pasado al estado neutro; sin embargo, de electricidad· y, como hemos dicho, la opesi se reconstituye la botella, se podrá sacar racion es muy lenta, por más que para ello se una chispa casi tan fuerte como si no se hu- empleen las máquinas de induccion. Franklin biesen descargado las dos armaduras. Esta hace más rápida la carga dividiendo la batesegunda chispa es una descarga secundaria, ria en varias grupos de jarras B, B', B" (figura 107), aisladas por taburet~s con piés de análoga á las del condensador de .JEpinus.

CONDENSA:€ION DE LA ELECTRICIDAD vidrio, que se comunican de dos en dos por espigas t, t', de tal mod·o que la armadura exterior de B, que reciqe la electricidad por n~ comunique con la armadura interior de B; la arll_ladura ·extert'or de ~sta está en comunicacion con ~a ir¡.teriot de B", cuya armadura. exterior lo está con el suelo por medio de u~a cadena. Por este método, llamado carga por cascada, las varias baterias parciales se cargan unas por · otras, bastando así suministrár solamente la ele.c tricidad necesaria para cargar la primera B, puesto q1.1e el fluido que afluye á la armadura exterior de B, pasa al interior de B', y el exterior de B', al interior de B". Fácil es comprender que las tantidádes de electricidad de las armaduras interiores y exteriores de las varias bacterias B; B', B'' ... , forman proporciones geométricas decrecientes. Para demostra.rlo, sea P la cantidad de electricidad; primitiva que recibe la armadura interna de la primera bateria; su armadura externa recibirá por induccion la cantidad _:_ m P, y la armadura interna dela segunda, recibirá m P; de suerte que · en ·el interior de ésta habrá la cantidad -m•P, y en el interior de la tercera, +m•P, ... y asi siguiendo. Si el número de grupos es n, el ·último contendrá interiormente m n - P, y exteriormente -m P. Al encontrarse la bateria B suficientemente cargada, se quitan las varillas t, t', por medio de ganchos de vidrio; se pon~n otras varillas de modo que comuniquen entre sí todas las armaduras interiores, y las .exteriores se ponen en comunicacicin con el suelo. Así quedan igualadas todas las cargas, y entonces es cuando se dá nuevamente movimien.to á la máquina eléctrica para completar la carga. Pero con esta segunda operaciori se pierde, sino toda, mucha ·paáe de la electricidad obtenida con la primera, como óbservó Franklin, lo cual atribuia á falta de aislamiento de los aparatos. Modo áe limitar la carga de las baterías. -Para conocer' á cada instante la tensio.:::: de la eleétrícidad libre interior, á fin de que no se rompa :iünguri.a jarra, se e.mplea el electrómetro de Hanley, que se coloca en una de las jarras (figs. 104 y 106). _Tambien se emplean · aparatos que descargan expcintál;i.ea-

.3 55 mente la bateria cuand.o está muy cargada, los cuales constituyen verdaderos aparatos de seguridad, que luegó explicaremos. Pa~a la. descarga se ponen en comunicacion las dos armaduras por medio del escitador, procurando tocar primero la armadura externa. El escitador que se émplea en este caso es el de mangos de vidrio, y aun así deben tomarse todas las precauciones necesarias para evitar la conmocion. EscITADOR UNIVERSAL.-Cúando la descarga deba pasar por el cuerpo de un animal ó á través de un objeto cualquiera, se emplea el é~citador universal de Hanley (fig. 105). Consiste en una cajita de madera que sirve de soporte á dos columnas de vidrio, que sostie'" nen dos espigas de cobre susceptibles de girar verticalmente. Entre estas·columnitas hay un pié de madera con platq en el cual se coloca el objeto ó animal que se experimenta. Las dos espigas de cobre se' dirigen á este obJeto, se pone una de ellas en comunicacion con fa armadura exterior de la bateria, y la otra con una de ·las bolas del escitador libre. Al aproximar la segunda bola de éste á-la armadura interna de la bateria, se produce una chispa entre esta bola y la dicha armadura, y otra entre los brazos del escitador fijo ó universal; chispa que atraviesa el objeto colocado en el plato. 'ELECTRÓMETRO CONDENSADOR DE VoLTA.. El electrómetro condensador ideado por Vol. ta, no es más que el electróscopo de panes de oro ya descrito (fig. 50), pero mucho más sensible que este por la adiéion de un con-. dertsador. La espiga de cobre que sostiene las hojas de oro termina, por su parte superior, no en bola de laton, sino en disco del mismo metal, al cual se aplica un segundo disco semejante, provisto de un mango de vidrio. Ambos discos ·están cubiertos con una capa de barniz de goma laca, que les aisla. ·El conjunto-de los discos metálicos y del barniz aislador constituye un ~oridensador. Este aparato permite, no ya medir, sirio manifestar la existencia de ciertos focos de electricidad contínuos y de poco potencial, que TIQ tendrian suficiente fuerza para sepa:rar las hojas de oro del electróscopo. Para emplearle, se pone el caudal de electricidad en comunicaci:on con el disco inferior que

FÍSICA INDUSTRIAL

sirve de colector, y el disco superior en comunicacion con el suelp, tocándole para e~lo con el dedo mojado (fig. 108). Las dos electricidades se acumulan así en los dos discos, absolutamente como en el condensador de ./Epinus. Una vez cargado el aparato de este modó, se quita primero el dedo y se corta despues la comunicaéion con el caudal eléctrico, sin que por esto se observe ninguna divergencia de las hojas; rrias, al separar el disco superior (fig . . ro9), la electricidad del segundo, por ser de la misma especie que las del caudal, se distribuye por las espigas y por las hoj_as de oro, á las que hace diverg~r con más ó menos fuerza. La ·sensibilidad del aparato aumenta aun más, adaptándole al pié dos espigas de cobre terminadas en bolas del mismo metal que, al electrizarse por la influencia de las hojas de oro, reaccionan sobre ellas y aumentan su separacion. ELECTRÓMETRO CONDENSADOR DE GAUGAIN.Gaugain ·aumenta la sensibilidad del electróscopo condensador empleando la siguiente disposicion. El disco colector a del electróscopo tiene pequeñas dimensiones (fig. IIo) y comunica con el plato colector A de un condensador de gran superficie. Se cargan los dos condensadores al mismo tiempo, empleando el caudal cuyo potencial V quiera medirse; luego se vá alejando este caudal y se separa el plato A ; si éste estuviese solo, su potencial aumentaría en una proporcion igual á la fuerza condensadora F del condensador A B ; más por comunicar con el plato a, cuyo potencial es igual á V, la electricidad de A pasará á a, y la carga de este último aumentará en una proporcion F; tanto más considerable, •cuanto mayor sea la capacidad de A y más pequeña la de a. Al llegar al límite, es decir, si la relacion de las dos capacidades fuese infinita, la carga de aaumentaria exactamente en la relacion F. Falta tan solo ahora cortar la comunicacion de b con el suelo, la de los platos A y a entre sí y levantar el disco a. Sea f la fuerza condensadora del condensador a b; la divergencia ·de las hojas de oro correspon_d erá á un potencial F f V de uno de los platos, y será tanto más considerable, cuanto más se aproxime el coeficiente F á F, es decir, cuanto mayores sean los platos del condensador A B. 1

ELECTRÓMETROS DE. PILAS S1!CAS.-Las pilas secas que se emplean son del sistema Zamboni. Se toma una hoja de papel cubierta de estaño por una ·de sus caras, y la cara opuesta con una capa delgada de bióxido de manganeso; se corta esta hoja en rodelas, que se van sobreponiendo en el mismo órden siempre, de modo que la cara estañada de cada una de ellas esté en contacto con el bióxido de ·m anganeso de la siguiente. La pila se cierra con dos placas metálicas ; se aprieta todo con alambres aisladores y se sumerge la superficie exterior de la columna así formada en un baño espeso de goma laca. Esta pila goza de las propiedades ordinarias de las pilas. Las placas metálicas de los extremos se encuentran á potenciales iguales y contrariós, tanto más elevados cuanto mayor sea el níímero de rodelas. U na pila de éstas, convenientemente aislada, conserva indefinidamente su carga, tanto, que se han observado efectos muy enérgicos cincuenta años despues de su construccion. Bolmenberger coloca dos pilas secas C y D (fig. III) en lugar de las columnas del electróscopo de panes de oro, y las pone en co- . municacion metálica por su parte inferior. Las placas metálicas superiores terminan en bolas A y B, entre las cuales se encuentran las hojas de oro. ELECTRÓMETRO DE HANKEL.-En vez de una pila seca pueden emplearse dos polos de. una pila de Volta de muchos elementos. Esta pila se construye (fig. r 12) por medio de vasitos y, anegados en parafina P, que contengan agua pura ; unas laminitas formadas con zinc y cobre, unidas por una soldadura, están sumergidas en los vasitos, de modo que el zinc se en·c uentre en un -vaso y .el cobre en el vaso siguiente. Esta pila (fig. II3) ocupa poco espacio, en altura, y no despide olor. Sus polos son de potencial bastante elevado y perfectamente constante; se les pone en comunicacion por los hilos conductores C, Z, con dos discos metálicos A y B (fig. I 14) situados á ambos lados de la hoja de oro F, pudiéndoseles alejar ó aproximar para modificar la sensibilidad del instrumento. El microscopio L, de escala dividida, permite · apreciar y comparar las más insignificantes desviaciones de la hoja. Por medio de un conmutador se invierten lasco-

357 . mar más ó menos á la armadura ·interna de la botella. Cuando la diferencia de potenciales entte las b~las m y n es suficientemente grande para vencer la resistencia del aire, se van produciendo chispas sucesivas de una á otra bola, que descargan la botella; á igualdad de distancia entre las bolas, el número de chispas en la unidad de tiempo es proporcional á la cantidad de electricidad suministrada por la máquina. Esta botella mide muy bien la electricidad que sale de la máquina; la unidad de medida es entonces la cantidad de electricidad que sale á cada chispa, la cual varía con la capacidad eléctrica de la botella y con su distanct'a_ explosiva, es decir, con la separacion de las bolas. Otro tipo de botella de Lané consiste en una jarra ó botella de Leyden O (fig:,. r 17), cuyo interior comunica, por medio de la espiga B, con el caudal eléctrico. El boten c está frente otro boten b, que ;;e puede acercar má~ ó menos, por un · tornillo micrométrico v, que comunica con la armadura exterior de la jarra por el hilo de platino en espiral t. La electricidad que viene por B, carga la jarra O, y se descarga por sí misma por las bolas c, b, al contener suficiente cantidad de electricidad. El número de las cargas dá ·á conocer el número de veces que esta cantidad ha sido su~inistrada .por el caudal. Para poder co1nparar los resultados, la máquina debe girar con la mayor regularidad posible. Tambien debe procurarse que la jarra no se descargu~ en parte por el aire ó por la superficie del vidrio, y para que estas pérdidas sean despreciables, se colocan las bolas muy cerca una á otra, y así son más frecuentes las descargas. Además, procediendo así no es tan fácil que se altere la superficie de las bolas, cuya influencia en facilitar la descarga es muy marcada. Por este motivo ·es que se interpone el hilo de platino t, cuya resistencia al paso de la electricidad, hace menos brusca la descarga. Hé ~quí como ejemplos, algunos resultados de comparaci9n entre los consumos, es decir, las cantidades de electricidad produeidas por varias máquinas eléctricas, á cada vuelta del disco.:

CONDENSACION DE LA ELECTRICIDAD

municaciones de la pila y, por consiguiente, el sentido de la desviacion. Para graduar este electrómetro se carg_a la hoja de oro con el polo positivo de una pila constante, haciendo variar como se quiera el número de elementos, y cuyo polo negativo está en comunicacion con el suelo. La desviacion de la hoja de oro es proporcional á su potencial ; más allá de ciertos límites las desviaciones aumentan rápidamente. Un potencial igual á la milésima parte del del polo positivo de un elemento Daniell, cuyo polo negativo comunique con el suelo, basta para producir una desviacion muy apreciable de la hoja. ELECTRÓMETRO DE CUTHBERSTON.-Una bola aislada c (fig. n5) comunica con el interior de la batefia. Una balanza ba terminada por dos bolas a, b, móvil en o, que comunica con la bola c, se conserva erí equilibrio y b apoya en c cuando la carga no pasa de cierto iímite; mas, _así que esta carga es más fuerte, repelida la bola b, vá subiendo poco á poco, y la bola a se aproxima entonces á la columnita e' que comunica con la armadura exterior, produciéndose la descarga. Con el electrómetro de Hanley se conoce la proximidad del momento de explosion. Atendiendo á todo cuanto antece·de, á los experimentos de Riess y á la influencia de la placa aisladora, fácil es observar que la teoría del condensador, tal como la hemos expuesto, representa los fenómenos sólo de un modo aproximado. No debe olvidarse tampoco que hemos supuesto que las dos armaduras son iguales y situadas simétricamente á cada lado de la placa aisladora, lo cual dista mucho de realizarse con las botellas y las jarras. ELECTRÓMETRO DE DESCARGAS Ó BOTELLA DE

LANE.-Con esta botella es fácil medirlas descargas muy intensas y permite, adeµiás, comparar las producciones de las máquinas eléctricas poderosas, como las de Holtz, de Ramsden y otros. Consiste en una botella de -Leyden, cuya armadura interna comunica por un hilo metálico ·c on la máquina eléctrica (fig. u6). La botella descansa en un plato de laten por su armadura externa; que, á su vez, por medio de una plancha y una espiga de laten a, comunica· con una bola n, susceptible de aproxi- ,

· FÍSICA·

INDUSTRIAL

Diámetro del disco. Produccion.

Máquina de Ramsden:. - H oltz, simple. doble .• - Carré . . . .

0'98m

o'5 5

o'45

0'55

0'86

0 ' 21

Estas cifras las obtuv.o Mascart poniendo las bolas de la botella de Lane á r milímetro de distancia. Para distanciás mayores, las relaciones entre fas producciones son ·muy distintas. . Observaremos· además; que la produccion p-or mt'nuio, y no por vuelta, depende de la velocidad de rotadon del disco ; y ya sabemos cuan superiores son, sobre este particular, las máquinas de induccion sobre las m•áquinas por frotamiento. Para terminar, podemos citar los resultados comparátivos entre la· máquina de Ramsden y la hidro-eléctrica del · Instituto pdlitéc~ nico de Lóndres: la primera · dá 3 descargas por minuto, con una gran jarra electro-métrica, mientras que la segunda dá 140 en el mismo tiempo. Cuando .se quiera conoéer la cantidad de electricidad introducida en una batería, sé la aisla, y se hace comunicar· su armadura exterior con la espiga B (fig. u7). El núrner<;> de descargas dará á conocer 'la cantidád de electricidad que pasa por la armadura exterior, y, por consiguiente, la cantidad de fluido contrario acumulado en esta armadura. ELECTRÓMETRO DE POL TIER. ~ Este instrumento' (fig. u8') tiené un condensador e semejante al del electrómetro de Volta, y cuyo disco inferior comunica con un soporte aislado K. La aguja e·e, formada por un hilo de cobre, tiene un punto que apoya en el fondo de un ·vasito de acero, fijo al soporte K. Por medio de una aguja iman_tada, se comunica una Ügera fuerza directriz al sistemá. E~ -aparato se orienta de modo que la aguja e e toque el soporte K. Cuando, despues de descargado el condensador e, se quita su disco superior, fraccionando la aguja e e la electricidad del soporte K, se separa de él de una cantidad ~ngular que se mide en un círculo graduado. El pequeño disco conductor o, que se aproxima más ó menos á la aguja por medio de la palanca o', aumenta la desviadoµ.

Por último, este aparato se puede transformar fácilmente en balanza de torsion, subiendo la aguja e e con el doble gancho / suspendido á un hilo fijo al micrómetro m. ELECTRÓMETRO CONDENSADOR DE TRES DISCOS. -A Peclet se debe este instrumento, cuya sensibilidad es muy superior á la de los instrumentos que preceden. Consiste en .un electrómetro de panes de oro (fig. u9), rematado en un condensador de tres discos a, b, e, de vidrio esmerilado y dorado, cuya seccion se vé en a', b', e'. Los dos primeros constituyen un condensador ordinario. El d·isco b, b'; con su mango aislador n, n' tiene sus dos caras cubiertas con un barniz de goma laca, pero no su eoRtorno. El terce.r disco e, e', barnizado por debajo, se aplica sobre aquél y se le coje por un tubo t, t' de vidrio, atravesado por el mango aislador n. Para servirse de este -aparato, se. pone la máquina eléctrica en contacto con el disco e, e', mientras se toca b, h' con el dedo, y así el condensador e b, é' b', se carga como de ordinario. Se quita despues el disco e, e';· la electricidad disimulada que se encontraba en la cara superior de b, queda libre, · y si se pone en comunicacion a, a', c;on el suelo, el condensador a b, a' b', se carga, disimulándose casi totalmente la eleetricidad de b. Si se pone nuevamente el disco e, e', que du.: rante este tiempo ha conservado su ·electricidad, É> al que se comunica una nueva dósis, el condensadorcb, e' b', se carga como antes, y volviendo · á quitar el disco e, e', la nueva electricidad desprendida d:e b,. queda li~ bre y pasa á aumentar la cargs. del corrden..:. sador ba , b' a', cuyo disco a se hace comunicar con el suelo. Continuando de este modo se podrán acumular en b a cantidades de electritida·d en contínuo aumento, por medio de la cantidad limitada suministrada antes al disco c. fü se quitan luego los discos by e, las hojas de oro divergen. Si esta divergencia no excede de 20 grados, es proporcional · al número · de operaciones, es decir, á la cantidad de electricidad aeumulada en el disco a. Para evaluar esta divergencia, se miran por el agujerito v las 'divisiones del sector S sobre que se proyectan las hojas de oro. CONDENSADOR DOBLE .DE PFAFF Y SVANBERG. -Este sistema de condensadores•permite oh-

CONDENSACION DE -1-A ELECTRICIDAD tener chispas con muy poca eledricidad. Dos condensadores- aislad.os a b, e d, (fig. 120) cuya placa aisladora es de vidrio muy delgado almasticado con el disco inferiqr, tienen fos discos by d unidos por un hilo metálico e. El dise0 a recibe una carga P, mientras que b comunica con el suelo; b toma entonces una carga - m P. Se quita a y se hace comunicar e con el suelo; la electricidad negativa de b queda libre, pasa á d, y e adquiere la carga m • P. Se vuelve á colocar el disco a, que durante este tiempo ha conservado su electricidad + P, y se pone en comunicacion b con el suelo; este disco toma una nueva dósis - m P de elec.:j:ricidad, que pasa otra vez á d, levantando ~ª y tocando á e~ Hasta aquí se verifica exactam·ente lo mismo que en el condensador de tres discos & · Peclet. Repitiendo por tercera vez la misma operacion, la carga de d pasa á ser 3 m P . Esta carga será fácil transportarla á b, del mismo modo que b se ha transportado á d, y, al cabo de tres operaciones la carga de b será 3 X 3 m P = 3 • m P. Transportando esta carga de b á d, al cabo de tres nuevas operaciones, se tendrá en d la carga 3 .. 3• m P; y haciendo n veces la triple manipulacion, en el disco cargado en último lugar resultará 3 • ·m P. Triplicando la carga de cada disco antes de transportarle sobre el otro, se obtiene el resultado más favorable para un nú. mero determinado de operaciones simples. Por ejemplo, para 24 operaciones, si solo se dobla la carga antes de transportarla, deberán efectuarse 12 transportes, y la carga defi-. nitiya será 2 •• m P = 4,096 m P. Con la carga triple, se tiene y• m P = 6-,561 m P; y con la carga cuad,ruple, 4 • m P= 4,096 m P. Un aparato de _esta clase cuyos discos tengan 16 centímetros de diámetro, dá, al cabo de 24 operaciones y con muy· poca cantidad de electricidad, una chispa muy viva, y una conmocion que se deja sentir hasta el codo.

Teoria de la condensacion eléctrica.

CONDENSADOR ESFÉRICo.-El fenómeno de la condensacion eléctrica no es más que. un caso particular de la influencia electrostática. Existirá condensact'on siempre que el inductor A esté en comunicacion permanente con un caudal eléctrico de.potencial constante V,

359 . y el inducido B se conserve á_un potencial nulo por su comunicacion permanente con el suelo. Fácil es darse cuenta de ello con el condensador es/ért'co, que es teóricamente el más sencillo y · el más perfecto de los condensadores. El inductor (fig. 121) es una esfera metálica de radio p, que comunica con un caudal positivo de potencial V, suficientemente apartado para que no ejerza influencia; el inducido B ,.es otra esfera metálica, mayor que la _primera, de radio R, concéntrica á ella, y puesta en comunicacion con el suelo. Esta toma, por. induccion, una carga negativa - Q, igual, en valot; absoluto, á la carga positiva + Q del inductor, qu_e se mantiene al potencial cero El potencial de la armadura interna se po, drá calcular directamente en funcion de su carga. Si la capa eléctrica .se encuentra· en equilibrio en el conductor, bastará formar la

suma

T,.!1. con relacion á: su centro. Aplican-

r . do la ecuacion genera! de la inducciou electrostática, tendremos: ·

'\' p

-,--'i,-

y, por lo tanto

y .

q'_'i.q'_Q

'f.R_ ~ - 7 r ·

El potencial del centro, y, po:r consiguiente_, de la armaaura en sí, _será:

Suponiendo sea igual al del foco productor, se tiene : (1)

Supongamos ahora que en vez de formar la esfera A la armadura interna q.e un condensador, se encuentre completamente aislada en el espacio. Si se la pone en comunicacion con el mismo caudal eléctriéo, tomará necesaria-

FÍSICA INDUSTRIAL 360 La potencia condensatrt'1 es, pues., igual mente el mismo potencial V, pero entonces su carga será Q,, inferior á Q; como así es tambien· á la relacion entre la capacidad C, en efecto, por cuanto, si calculamos ahora el correspondiente al condensador completo, y la capacidad C,, correspondiente al caso en potencial del centro, encontramos Q,, y la que no exista la armadura externa. p DETERMINACION DE LA POTENCIA CONDENSAecuacion se convierte en TRlZ.-CONDENSADORES ABsornTos.-Para obI tener la capacidad de un condensador, y por V=Q,X-. • p consiguiente su potencia éondensatriz, debe . Comparando los dos miembros de las dos det_erminarse por un lado su potencial V, y ecuaciones, se vé que ca'1,a uno de ellos está por·_el otro su carga; en cuyo caso se tiene·: formado por dos factores cuyos productos _ _Q_ C son iguales.

El factor

(+- ~) es evidente~ente más

pequeño que el factor .l.., y resulta necesariaP

mente que el otro factor· Q es mayor que el factor Q,. Luego, la carga que debe darse á un ·conductor para elevarle ·á un potencial determinado es mayor cuando forma parte de un condensador que cuando está aislado. En esto consiste la condensacion. · Observacion.-Segun la definicion de la capacidad eléctrica, si en el primer caso se tiene:

-v

cuyas mediciones se hacen, de ordinario, experimentalmente. . Para el caso en que las armaduras afecten ft;>rmas geom,étricas, se calcula generalmente la suma ( ~ ; -

;'.) con relacion á un (

punto de la armadura interna en funcion de la carga total y de los elementos del aparato; entonces se obtiene una relacion entre V y Q, de la cual es fácil deducir la capacidad C. Los condensadores esféricos ofrecen el ejemplo más sencillo de esta determinacion (r) Q=CV por el cálculo, y corresponden á la categoria en el segundo caso se tendrá: de los condensadores absolutos, 'llamados así por tener una densidad eléctrica constante en Q,=·C. V , la superficie de las armaduras ; más, téngase en donde, C, es distinto de C. Desde luego en cuenta, que esto solo puede existir cuando tambien puede decirse que la conden'sacion la forma de las armaduras es regular. Los const'ste en una modificacion que se produce condensadores esféricos son los únicos, puede en la capacidad eléctrica de los condensado- decirse, q-ge satisfacen completamente esta res: la capacidad de un conductor es mayor condicion. 1.º Condensador esférico.-Este condensacuando forma parte de un condensador que dor está formado por dos esferas concéntricuando está aislado. FuERZA CONDENSATRIZ:-Natural es. caracte- cas A y B, unida la una á·un foco productor rizar un condensador por el cociente QQ_, de las cargas que deben darse á la armadura interna para elevarla al mismo potencial, ya forme parte del condensador, ó ya esté aislada. A este cociente se le llama fuer 1a condensatri1 6 potencia condensatri1. Dividiendo miembro por miembro las ecuaciones (1) y (2) tendremos:

Q _ Q, -

C, V -

eléctrico, y la otra al suelo (fig. 121). Sean R y p los radios de las dos esfera-s. A, toma el potencial V del caudal y cierta carga +Q; B, toma por influencia una carga -Q en su superficie interna, mientras que su superficie externa pasa al est3:do neutro por su comunicacion con el suelo. Segun la ecuacion general de la _induccion electrostática tendremos:

• I

CONDENSÁCION DE LA ELECTRICIDAD

en donde í: !Les el potencial V corresponr diente á la esfera interna; esta suma es igual -P-' y¿; ª'Q

Q q' -1--:-= -R

Luego resulta:

V=¡- i =Q(+- ~) que es el cálculo que ya hemos hecho antes para explkar el fenómeno de la condensacion. Llamando C la capacidad del condensador, se tiene: ·

V .

mos calcular directamente en funcion del po-tencial de la armadura interna; pero que la deduciremos de las fórmulas conocidas; considerando las dos superficies planas como si perteneciesen á un co"ndensador cilíndrico cuyos radios fuesen infinitamente grandes, ó que las distancias de Jás armaduras · fuesen muy pequeñas con relacion á los radios, Haciendo esta hipótesis en ]as fórmulas de un condensador cilíndrt'co absoluto, la densidad en 1a cara A B será : 6=

~ '4 7t d

y la densidad. en la cara C D será : /

y, por consig-µiente, I

6' I

c--¡-R

•

de ló cual se deduce:

Para la carga total Q, correspondiente á una superficie A de la armadura, se tiene: ·

Así, en el caso de un condensador · absoluto perfeéto, la capacidad eléctrica, está representada por esta última fórmula. · Si la armadura interna estuviese aislada, la capacidad seria C,, cuyo valo.i; _se conoce directamente, y es igual á p. Tambien se la puede deducir de la fórmula general, dividiendo por R y haciendo R oo . La fuerza condensatriz será pues

4 1t

Q= VA. 2

FlsrcA. IND,

1td

Si solo hay una placa de armadura exterior, deberá hallarse d' = oo, en la fórmula g_e neral 1 y .resulta:

Condensadores planos.-Supongamos una placa conductriz, gruesa, A BCD electrizada por sus dos caras A B y C D, por su cornunicacion con un caudal de potencial V. Supongámoslá además colocada entre dos placas conductrices E F, G fl: que comuniquen con elsuelo·, de suerte que esté separada de ellas por dos capas de aire de espesor d y d' (fig. 122). Si suponemos que todas estas superficies son indefinidas, la densidad será evidentemente constante en ellas, y el aparato será un condensador absoluto. Determinemos la densidad en una porcion A de la superficie de la armadura interna, densidad que podriá-

(2.d +-r-). d'

Si las dos placas que se emplean comó armadura exterior, están á igual distanciad de las caras de la armadura interna, la fórmula se con vierte en

C ,- R-p 2.

Vd'. 41t

Q= A (6+6;)= V A

CRp , - R-p

41td .

Así, las fórmulas correspondientes á la capacidad son : . . A I I C = ·4 1t

(ct+T)

C= .2

1t d

A C= 4 1t d

En la práctica las superficies no son indefinidas, y están forzosamente limitadas, aumentando la densidad eléctrica en los bordes; sin embargo, la aproximacion de las fórmulas será suficiente siempre que d sea suficientemente pequeña con relacfon á A. T. II,-46

FÍSICA INÚUSTRtAL 0

Botella de elemento viene á .ser un conde·nsador plano Leyden.-Noesposible que la cantidadde elec- análogo á los que acabamos de estudiar. tricidad sea la misma en las dos armaduras, Para cada elemento se tiene: por cuanto la interna no se encuentra comA pletamente rodeada ó cubierta por la armaC= -.2 '7t d dura externa. De esto resulta que una pequeña cantidad de electricidad aparece libre· para y para el conjunto : el observador que se encuentre entre la bola C -= -P_:_!!__ y los cuerpos más cercanos, y esta electrici.2 '7t d . dad libre es la que hacé diverger el péndulo del colector en el co·n densador de JEpinus. . POTENCIA INDUCTRIZ ESPECÍFICA. - ExperiA la capacidad debida á las dos armaduras mentos de Faraday.-Farnday encuentra que cilíndricas debería añap.irse, pues, la de la la capacidad eléctrica de un condensador no bola exterior, pero no se hace, por tener un depende solamente de la distancia de las arvalor casi siempre despreciable. ' maduras, sí que tambien varía con la natuAplicando las fórmulas dél condensador ci- raleza del cuerpo aislador que se interponga. líndrico absoluto á una _botella q.e Leyden, A .este aislador le llamaba dieléctrico. · cuya armadura interna tenga una superficie A, Llama potencia t"nductri1 específica de un · s_e obtiene: dieléctrico la relacion que existe entre la capacidad de un condensador cuyas armaduras A estén separadas por una:placa de esta subsC= 41td. tancia, y la capacidad que tendría si se sustituyese esta última por una capa de aire de - .2. º Baterias eléctricas. - La capacidad de igual espesor. una batería es evidentemente igual á la suma - En los precedentes cálculos relativos á la de las capacidades de las jarras que la consti- capacidad de los condensadores 'aosoluto_s; hemos supuesto Tas armaduras separadas p_or tuyen, y se tiene: una capa de .aire, y, por consiguiente, lapotencia específica indúctri{ igu_a l á I. Para ob..: A A' A'' A C_:-d+-d, =:E-d tener la potencla .e,ondensatri1 real, se deberá 41t 4 1t + · 4-1td'' 41t multiplicar la poténcici condensatri1 aparente llamando A, A', A'', ..... 'las superficies de por el _núm.ero q1,1e represente _la potencia-. las armaduras internas, y d, d', d", ..... las inductri1 específica de la substancia interpuesta. distancias á la armadura externa. Llamando P lapotencia condensatri71 real, Ordinariamente las jarras están formadas del mismo vidrio, de igual espesor y de igual C, la capacidad de la ,armadura interna aíslada, C la capacidad dé la-arrnadura interna .q ue superficie; así se tiene: forma parte del .condens~tlor de capa de aire, A=A' = A 11 = ..... y C' la capacidad de la armadura interna que {orrna parte del condensador de placa dielécnA C=-d trica, se tendrá, por defi-nicion: 4 '7t CONDENSADORES ORDINARIOS.-I.

+ .... .

e e e en donde n representa el número de jarras. P = c.= c, .x e· 3.º Condensadores planos múltiples. -Ese tán formados de hojas de zinc sobrepuestas y C, es la potencia conden·satriz aparente, separadas por placas aisladoras de pergamino ó de papel impregnado de parafina. Así queda prescindien.do de la potencia dieléctrica, ·y ~• i;:onstituido un condensador de gran capacies precisamente la potencia inductriz ·especí ... dad en poca extension. · A este cond~nsador se le puede considerar fica, tal como la hemos definido. Repres~ntando por 1 la potencia inductriz - como una b~teria eléctrica, en la cual cada~

CONDENSACION DE LA ELECTRICIDAD

del aire, las potencias inductrices específicas de las substancias siguientes son: Aire .. Flint . . Resina . . Pez. Cauchú. Cera amarilla ..

Vidrio. Goma laca. Azufre. . Gutapercha ordinaria.

1'00 1'76 1'77

1'60

2'80 1'86

3'80

En cuanto á los gases, Faraday encuentra que tienen todos sensiblemente la misma potencia inductri~, la cual no se modifica .ni por la temperatura- ni por la presion del gas.

• ., .

..:,

- "

CAPÍTULO IX l

EFE eTos DE Los e o N DEN s AD o RE s

Experimentos clásicos.

los condensadores, partictiConmocion eléctrica. _:_se llaman efectos . , cularmente con_ la botella de fisiológicos los que la ~lectricidad produce en Leyden y las baterias, es como los seres vivientes y á veces tambien en los mejor se manifiestan los efectos animales reden matados. En los primeros de la electricidad estática. Es- producen una excitacion violenta de la sentos efedos son nmy variados, sibilidad y de la corttractibilidad de los tejidos · y, segun la naturaleza de los fe- . orgánicos atravesados por la electricidad, y en nómenos que produce, se les los segundos se traducen en contracciones G puede dividir en efectos fisiológicos, lumino- musculares bruscas como si · estuviesen en ~os, caloríficos, mecánicos y químicos. . vida. Estos efectos son tanto más intensos EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA DESCARGA.-:cuanto más ráf)ida es la descarga y más conCuando la descarga se efectúa á través de los siderables las cantidades de electricidad que cuerpos que resisten el paso de ·la electrici- se desarrolla. dad, ya porque sean poco conductores, ó ya El primer fenómeno que debemos citar es porque su seccion no sea suficiente, se produ- la conmocion eléctrica. Ordinariamente se cen efectos muy diversos que vamos á expo- ejecuta el experimento por medio de la botener someramente. Estos efectos dependen: lla de Leyden. Hemos hablado ya de la con1." Del potencial del cuerpo se descarga, m9cion que produce la chispa de la máquina que, debe ser bastante grande para que pue- eléctrica, cuya conmocion adquiere muéha da vencer las resistencias; 2.3 De la cantidad mayor intensidad y cierto carácter particular de electricidad que se ponga en movimi_ento, cuando es la botella de Leyden la que la pro- · la cual depende de la forma y de la extension duce, al tocar con una mano su armadura de la superficie de este cuerpo. exterior y con la otra su armadura interior. Para obtener estos varios efectos, se emLa botella de Leyden puede dar simultáneaplean generalmente las baterías; pero se les mente la conmocion eléctrica á un gran núpuede obtener tambien por medio de la des- mero de personas que formen lo que se llama carga de las máquinas, suficientemente pode- la cadena, es decir, que_se den la mano de un rosas y provistas de conductores de grande inodo contínuo; la primera toca la .armadura extension. · exterior de una botella cargada y la. última ON

cwe

, EFECTOS DE LOS CONDENSADORES

toca al mismo tiempo la bola· de la armadura interna, al instante todas reciben la misma conmocion si están aisiadas; mas si no lo están, las del centro de la cadena pod.rian recibir una sacudida menos violenta que las restantes, por pasar una parte de las electricidades al suelo, por los_piés de las que están más cerca de la botella. Segun Arago, hay personas · que interceptan la comunicacion, como si fuesen cuerpos aisladores, lo cual probablemente <!>bedece al espesor y al estado de seguridad· excepcional de la epidermis de sus manos. Cuadro fulminante. - U na yez cargado este condensador, de que ya nos hemos o'cupado anteriormente, si se quiere coger un objeto metálico co!ocado en una de sns caras, se experimenta una gran contrac~ion del brazo, debido á la conmocion que se recibe. Cuando la superficie de uri condensador pasa de 5 á 6 decímetros cuadrados, la conmocion podrá dejarse sentir hasta el pecho y ser pe-. ligrosa. Con baterias ·de gran superficie, se pueden matar ciertos animales. Para practicar el experimento, se coloca el animal en un plato conductor que comunique ,con · 1a armadura exterior de la bateria, y se hacen comunicar, por medio del excitador, algunos puntos de su cuerpo con la armadura interna. En el . instante en que se produce la explosion, el animal hace un movimiento convulsivo y cae muerto. La bateria debe presentar uria superficie armada, tanto mayor cuanto máyor sea la talla del animal. Tambien influye en- ello la especie; así los reptiles resisten mucho más que los animalesde sangre caliente. Prietsley ha observado ranas muy diminutas que soportaban impunemente las mayores descargas de una bateriá de 2 metros cuadrados, suficiente para matar un gato. La gran bateria del Museo Teyler, en H~rlem, presenta 58 ·metros cuadrados de superficie armada, y su descarga es capaz de matar un buey: · Al sacar con la mano una chispa de una máquina poderosa, se experimenta igualmente una conmocion en las articulaciones de la muñeca y del brazo, que llega á veces al pecho; la electrici-dad producida por influencia, es atraida por la man9 y el brazo, por combinarse en parte en el interior de los

miembros, con el fluido que · le atrae. Además como la electricidad que se dirige al suelo penetra bruscamente en las piernas, se siente al propio tiempo una conmocion en las arti"': culaciones de los piés y de las rodillas. El observador que se coloque sobre un taburete aislador experimenta tambien la conmocion cerca del punto de ·su cuerpo· de donde se saca la chispa. Una chispa de 35 á 40 centímetros de largo podrá ser ·peligrosa, si es muy gruesa, por producirla un conductor de gran superficie. La descarga de las grandes máq ui ~ nas puede matar, repetirnos, los animales, hasta los más corpulentos . . En 1744, obtenia ya Gordon, por medio de cilindros de resina que hacia girar con un arco, · chispas capaces de matar los pajaritos. · Choque lateral ó choque en retroceso.- Al acercar la mano á un conductor muy cargado, se· sentirá una sacudida en el brazo, en el mo~ m,ento en que otra persona descargue este , conductor, debido á la descomposición por influencia del fluido neutro producida en el brazo, en el cual se combinan de nuevo las electricidades,. separadas en el instante de descargarse dicho conductor. Análogo efecto se produce al descargar una bateria á través de un hilo largo que sirva de excitador ; un electrómetro que se coloque cerca de este hile, se agita en el momento de prnducirse la descarga. Estos efectos conocidos con los nombres de choque lateral ó chaque en retroceso, es fácil observarlos en los miembros de una rana recien muerta, que se cuelga en los conductores situaq.os cerca de úna máquina y de la cual se sacan chispas. Una de las patas se pone en comunicacion con el suelo con un hilo metálico, y los miembros experimentan un movi~ miento convulsivo á cada chispa. Se han hecho experimentos tambien con la chispa eléctrica para la curacion de ciertas enfermedades. Dos ó tres años antes de la invencion de la botella de Leyden, se ensayó la curacion de la parálisis y se obtuvieron algunos resultados. EFECTOS LUMINOSOS DE LA DESCARGA.-Huevo elécirico.-La recomposicion de las dos electricidades á gran tension se verifica siempre ~on produccion más ó menos intensa de luz; que es lo que se observa cuando se sacan chispas de la máquina eléctrica, 4e la botella

366

FÍSICA INDUSTRIAL

de Ley;den· y de las baferiás. El'brillo de la luz · El huevo eléctricó · es un · apara.to n'luy á es tanfo más vivo cuanto mejores conducto- propósito para esta clase de experimentos ; res s·e an los cuerpos entre los cuales tiene lu.: puesto qué es fáci1 introducir en él sucesivagar la explosion. Su color varía no tan sólo mente los gases qúe se quiera, siempre que segun la naturaleza de estos cuerpos, sí que no ataquen los ·metales. ' · tambien segun la atmósfera ambiente y la -· Becquerel 'con su aparato (fig. í26) perpresion. · · · mite ver_Ios 'varios colores de la chispa 'de Los efectos de la presion más ó menos uná sola vez. · Los tub'os a, ·a', á", se llenan fuerte del aire sobre el brillo de ·1a luz ·eléc- con los·gases qué se quiera, se cierran con el trica se estudian por medio del experimento soplete, y se les pórie en cotnunicacion por llamado del huevo -eléctrico. · Se llama así un medio de los hilos de platinqc, n, n, queatraglobo de vidrio sostenido por un pié de co- viesan el vidrio, y están interrumpido s · intebre, en el cual hay "dos espigas de· laton ter- riormente. Si se hace comunicar c .con el minadas ~n bola (fig. 123). La espiga inferior suelo, y b con una-bola, que, por su proximiatraviesa con roce uria caja de cuero, para po- dad con el conduct_o r de una máquina elécderla subir ó bajar más ó menos segun ·con- trica, produzca chispas, en el interior de los venga. Se hace el vacio en el globo, á I ó 2 · varios tubos se producen otras de · éolores_ milímetros, ·p or medio de la máquina pneu- muy variados segun los gases. Observa Bec,mática; y se pone en comup.icacjon la espiga -querel que la luz es tanto más· blanca cuanto superior con una máquina eléG:trica y el pié mayor sea la densidad própia del gas. del aparato con el suelo. Si se carga entonces La m!1teria· de las bolas modifica fambien la máquina se observa una 1uz purpurina, · .el color de la chispa, cuando la fuerza de la -poco intensa y contínua, que vá de una bola carga les arranque partículas de su masa; en á otra, producida por la ·recomposicion de las forma de vapores ó polvo impalpable. Por· .electricidades · contrarias. El brillo aumenta ejemplo, en el aire, un.a chispa será roja en .. hácia los extremos, particularmente en la tre dos bolas de hierro ó de bismuto; verdo_bola positiva, y la otrá bola así como su es- sa con el cobre ,y eI 1,inc; violada con el piga, están rodeadas de una luz aislada. plomo; amarllla con el oro; y carmesí con el Si se deja entrar poco á pocoel aire, la ten- boj y el mar.fil. Una naranja que se coloque sion vá aumentando con la resistencia y la entre las dos ·bolas aparece rodeada de una -luz pasaáser blanca y brillante, presentándose atmósfera rojo-anaranja da intensa. ento_nces en forma de chispa. Este experimenEn los gabinetes de física se encuentran to se aprecia mucho mejor en la oscuridad. .uli sinnúmero -de aparatos con los cuales se El foco luminoso afecta la forma ovalada. multiplica la chispa para que produzca varios Si se le produce con dos conductores entre efectos. El principio de todos ellos es el mismo: los cuales se interponga una p1aca aisladora, se pegan en ~éries, sobre una placa de vidrio, la chispa pasa por la superficie de ésta y al- pedacitos de hoja de estaño, a,· b, c, de (figucanza mayor distancia i como se vé en las fi- ra 127) que dejen un pequeño espacio ·entre guras 124 y .125. sí.,Si se pone en comunicacion el extremo a · · La chispa eléctrica presenta colores muy de la série con una máquina eléctrica, posidistir'ltos seguh los gases que atraviesa. En el tiva por ejemplo, y el otro extremo eón el aire, el oxigeno, el ácido clorhídrico seco, la suelo, la electricidad de a, descompone por chispa es blanca con un ligero tinte azu1ado, influencia el fluido neutro de b ; la electrici-· .particularme nte en el" aire. En el ázoe, es dad positiva procediente de esta descompoazul ó púrpura, y produce un sonido espe- sicion, obra igualmente sobre c y así va sicial. En ei hidrógeno, su color es ·carmesí, guiendo hastá el último pedazo á.e estaño, que desaparece al · e·nrarecer este gas. En el cuyo fluido positivo pasa 'al suelo. Así que la cloro, la chispa es verde, al igual que en el carga es suficientemente fuerte en a, se pro~cido carbónico, afectando en este gas un~ duce una chispa entre a y b, al igual que en_forma muy irregular. En el óxido de carbono tre by c, _por destruirse el fluido negativo .es á veces roj~ y · otras verd ~. · de· b, lo c;.ual permite .qut; su dluido po.sitivq

EFECTOS ' DE LO~ CONDENSADORES

pase instantáneamente á é, y produzca allí tico, una flor, un animal, etc. Este cuadro se una nueva descomposicion del fluido neutro. coloca eritre dos columnas de vidrio; el extreLa destruccion del tluido negat-ivo . que remo superior del estaño se pone en comunicasulta en· e, determina igual expfosion entre cioh con la máquin•a eléctrica, y el otro extree y d, continuando de este modo el movi- mo con.el sue_lo. Ál funcionar la máquina se µiiento, que !?e proq9-ce con tal rapidez que produce úna chis•pá ·e n los intérvalos del es áparecen las chispas al mismo tiempo en to- taño, de suerte que el dibujo se presenta ludos los interyalos. Iguales efectos pueden-- minoso. producirse con bola$ metálicas ensartadas por ' EFEC"fOS CALORÍFICOS DE LA DESCARGA.- In- un hilo de seda y ~eparadas por nudos. · fluencia dejos cuerpos.'-~o:s efecto"s calorífiBotella centellante. - Este aparato no es cos de la descarga, consisten en inflamaciones, _má!? que una botella de Leyden cuya arma- fusiones y volatilizaciones de varios cuerpos : dura exterior est_á formada por una -capa de Al sacar una chispa eon el dedo, no se exbarniz -polvoreada con· limaduras de .cobre. perimenta se)lsacion de calor; ni .siquiera 1a U~·?- hoja de estaño, peg?da al borde inferior chispa eléctrica más fuerte ejerce ·influenciad~ la botella, está en comun_icacion con el á distancia en los termóscopos más sensibles. suelo por· medio de . µna cadenita de metal Estos resultados negativos deben atribuirse á (fig. __ 128); una segunda tira de e$taño, colo- la· ii.nsignjficante duracion del fenómeno, cada más arriba, tiene un apéndice hasta puesto que cuando la .chispa·pasa á través de unos 2 centímetros de la bola del gancho de los cuerpbs combustibles les puede inflamar. la: botella. Esta se suspende en la máquina Gourdon fué el primero que experimentó este , eléctrica, y á medida que se hace funcionar,. fenómeno; Ludolff inflamó· el éter en I 744; se van produciendo :chispas eñtre la bola del Winkler, el alcohol y el l~copodio; Gralath, gancho y el apéndice de la armadura externa, reanimó una bujía recien apagada, haciendo que -se ramifican sobre la limadura de cobre. pasar·uaa chispa á través de la mecha ·y Bózes . Tuqo centellante.-Este -aparato (fig. 1.29) inflamó la pó1vora. está formado por uµ tubo de vidrío de_un meLa chispa más insignificante basta para intro de largo, que tie.ne pegª_d as una séri~ de flamar el éter; para ello se vierte este liquido hojitas de estaño cortadas romboidalmente y en_un vaso metálico y se hace producir una dispuest_as en hélice, á lo largo del inismo, y chispa en un punto humecido. El experimento muy poco separadas entre si: Los extremos tiene más · atractivo si se produce la chispa · de este tubo rematari _en ganchos de cobre, aplicando el dedo una persona situada encipuestos eµ comunicacion con- las puntas de la ma p.e un taburete aislador (fig. i31), ó bien hélic~ qe estaño. Se toma uno · de los extre- colocando el vaso. en la ~áquina eléctrica y mos de este tubo con una mfl~o, y al presen- • acercándole el dedo. Watson sorprendió á un tar el otro á-, la máquina eléctdca en moví..: público muy numeroso ii;iflamando el éter con miento, se_producen simultáneamente chispas una chispa sacada por medio eje un pedazo de en cada solucion de continuidad del estaño, hielo. prnducienA,O una cadena luminosa muy briLos cuerpos sólidos pueden inflamarse tamllante. bien empleando fuertes <;hispas Sllmirfü;tradas Cuadro centellante. - El cuadro centellan- por máquinas eléctricas ó baterías poderosas. te está fundado en el mismo principio que el Una tela chamuscada, la yesca, estopa salpitubo de que acabamos de ,tratar. Se compone <;:ada de resina ó !le azufre, se encienden con de una placa de vidrio ordinario, al cual se la mayor facilidad. Para inflamar la pólvora, pega una cinta muy estrecha de hoja de esta - se llena con esta substancia un tubo de papel ño, formando zig-zag de lados paralelos, como a e (fig. 132), en el cual se intro.ducen dos esrepresenta la fig. 130. Sobre esta especie de pigas metálicas, pero gue no se toque·n , 1as greca se van practicando con UIJ. instrumento cuales se ponen en comunicacion con las dos afilado soluciones · de continuidad muy pe- armaduras de una batería. Debe procurarse qu€ñas, combinadas de modo que- representen que la descarga no sea demasiado brusca para en conjunto -un dibujo ·determinado, un pór- '. lo cual se hace terminar el excitadbr en punta

. FÍSICA INDUSTRI-Al

ó se interpone una cuerd.ecita moja~a. Mezclando limaduras de hierro con pólvora, la explosion es más segura. En Austria se ha aplicado la chispa eléctrica para el .disparo de barrenos. Para' ello se disponen máquinas eléctricas de dos discos y sin conductores, q Üe sirven para cargar las jarras de las baterias, y la descarga . pasa á través .de una mezcla de sulfuro de antimonio y de oxlclorato de potasa que entre la pólvora. La mezcla comunica con la armadura interior por medio de un hilo aislado por una envolvente de gutape'rcha y con la armadura exterior por el suelo. Por este sistema se producen explosiones, á 11 kilómetros de distanGia, en 50 barrenos á la vez, tanto en el buen tiempo c·omo en tiempo de niebla, de lluvia, de nieve y tam-bien dentro del agua. Pistolete de Volta. - Las ·mezclas gaseosaexplosivas se inflaman tambien bajo la influencia de la más insignificante chispa eléctrica. El experimento se hace por :medio del pistolete de Volta (figs. 133 y 134), que consiste en un frasco de metal atravesado por una espiga metálica A B, almaºsticada y aislada por un tubo de vidrio, y cuyo extremo inte rior, terminado en bola, está muy cerca de la pared del vaso. Si éste comunica con 'el suelo, se toca un cuerpo electriza&> con la bola A, con lo ·cual se produce una chispa en el interior, entre el extremo de la espiga y la pared del vaso, y si éste está lleno de una mezcla gaseosa explosiva, se produce una detonadon que hace saltar el tapon que cierra la boca del frasco. Ordinariamente se le llena de gas hidrógeno y se sopla el interior para in-. traducir el aire. Este instrumento puede recibir formas muy variadas, pero no ofrecen ningun interés científico. :. Endi61netro de; Volta.- Este instrumento, muy empleado en los Iahoratorios de química, para estudiar la composicion de los gases, consiste en un cilindro de vidrio T (fig. r 3 5), c:errado por sus extremos con llaves r, . r' y llevando en su parte superior un pequeño receptáculo. La virola superior comunica .con 1 el suelo, y en o se encuentra un pequeño aparato dé chispa semejante al del pistoleto de Volta. - Supongamos que se quiera conocer las proporciones de oxígeno y de hidrógeño que en-

tran en la composicion del agua. Se principia i,or llenar enteramente el endiómetro de agua; luego, se cierra la llave superior, y se introducen por debajo del agua volúmenes iguales de hidrógeno y de oxígeno, medidos con un tubo graduado. Se hace producir la chispa, acercando el disco de un electróforo á la bola • o, y los gases se combinan en parte y produ· ciendo una luz muy viva. Para conocer la naturaleza del gas que queda, en la cubeta superior se rosca un tubo lleno de agua T, al cual se hace pasar este gas abriendo la llave ·r .. Se. cierra ésta, se desenrosca "el 'tubo T y, tapándole con el pulgar se le transporta á la cuba de agua, se observa que se ha reducido á la cuarta parte del volúmen que tenia la mezcla y que es oxígeno puro. De esto se deduce que el agua se ha formado con r volúmen de-hidrógeno y~ volúmen de oxígeno. 2

Eslábon eléctrico.-En este aparato, ideado por Volta, una chispa eléctrica inflama un chorro de gas hidrógeno. En un vaso cerrado, una canti~ad de agua mezclada con ácido . sulfúrico, desprende gas hidrógeno por su contacto con un cilindro ele zinc 1 (fig. 136). La fuerza elástica del gas hace subir el líquido por el vaso T V, y entonces no bañando y.a el zinc en el líquido cesp. la produccion de hidrógeno. En la caja que sostiene el aparato, hay un electróforo electrizado P r, cuyo plato P está constantemente cargado; una tirita de estaño pegada al borde de la resina r, ie pone en comunicacion -con el suelo, para quitarle el fluido negativo. Al abrir la llave R, sale el hidrógeno y, levantado el plato P por un cordon de sedas, toca en el punto o una espiga aislada t', produciéndose una chispa entre el botan. con que termina y otro boton fijo al extremo de u.na espiga t que no está aislada; esta chispa enciende el •chorro de, gas hidrógeno comunicando su llama á la mecha de una bujía que-encuentra á su paso. El electróforo puede permanecer cargado meses enteros, siempre que ·se tome la pre~ caucion de mantener bien cerrada la caja que le contiene y de añadirle algunos fragmentos de cal viva. · Fusion de los hilos y hojas metálicas. - Al pasar la descarga de una bateriá. á -través de un· hilo metálico suficientemente fino pnrn

CONDENSACLON . p~ LA ELECTRICIDAD '

•

que el fluido experimente gran resistencia, · este hilo se calienta, fm;ide ó se volatiliza, segun las dimensiones y la carga de la batería. _Operando_ así, fundió Franklin hojas muy delgadas de oro, y Beccaria y Prietsley des_pues lJegaron á fun4_ir alambres. Para fundir los hilos metálicos se emplea el e~ct'tador universal, que ya éonocemos (figura 105). Para fundir un hilo metálico se le fija entre las bolas e' e' (fig. 13 7), y al producirse la descarga, salta en mil pedazqs globulares, ..lo cual se explica por la tendencia de los cilindros líquidos en fraccionarse en esférulas. Si la descarga es muy fuerte, el hilo se vapo,riza y desaparece. Cuanto más fino sea el _hilo, _más fácilmente se funde, puesto que la cantidad de electricidad que recibe cada punto será tanto mayor cuanto menor sea su seccion.- Además, · se requiere que el . hilo sea suficientemente corto, para que no retarde la descarga; con uií l}.ilo largo la acciones me .. nos brusca y menos _eficaz. Con las grandes baterías del Museo Teyler y del Conservatorio de Artes y Oficios de Paris, se consigue fundir alambres de hierro de 15 á 20 metros '. La fusion puede operarse dentro del agua; empleando el aparato (figura 138); el µilo f permanece tirante por el peso de una bola que está en contacto con otra fija al pié del instrumento, y los dos extremos de.éste se ponen en comunicacion con las armaduras de una batería. El hilo debe ser más fino y más corto que cuando se opera en el aire, 'á ca usa de la perdida ~e calórico producida por el conta~to del agua y el paso .de una parte de la electricidad á través de este líquido. Con este aparato se pue~en fundir ó volati,lizar igualmente las hojas de oro, de plata, de estaño. Se recorta la hoja de oro en forma de elipse o ( fig. I 39) y se la coloca entre ·.d0s conductores A, B; se ,la atraviesa con la electricidad que, por m, sale de una máquina eléctrica, é inmedia'tamente principia á girar con rapidez sobr~ sí mism~·, en cuyo instapte si se produce lá descarga de una batería entre los dos conduct9res, se la volatiliza instantáneamente. , Matert'as depuestas .-Los metales susceptibles d_e oxiqarse á las más altas temperat~ras,

como e~ zinc; el estañ-0 y otros, se transforman en óxidos, fáciles:de recoger en partículas microscópis:as ó se dispersan por el aire en forma de copos muy ligeros. Con el hierro y el acero el fenómeno se presenta luminoso, proyectándose las partículas en todos sentidos con un brillo vivo por su contacto con el aire. Cuthberstan operaba con un tubo análogo al de la fig. 137, añadiéndole una llave para la entrada de los gases. En el ázoe y ·el hidrógeno, el metal produ.ce polvo metálico solamente; en el aire, se oxida. Los siguientes hiJ.os metálicos dieron en el ~fre, polvos que presentaban los siguientes colores: Plomo. Estaño. Zinc. Hierro. ~-Cobre : Platino. Plata .. Oro.

gris. casi blanco. ))

))

pardo. ))

negro. ))

púrpura.

Un alambre de acero atravesado por descargas cada vez más fuertes, pasa sucesiyamente por el azul, el amarillo, el rojo, y luego se funde. · Prensa eléctrt'ca.-Si se aplica una cinta de raso blanco ó de ·papel sobre un hilo de oro colocado'entre los brazos del exct'tador universal, se volatiliza el oro por la descarga; y deposita en la cinta una faja parduzca formada de oro muy s~bdividido. Esto inspiró á Singer el procedimiento para imprimir dibujos sobre seda. Se traza un dibujo en una cartulina, se le recorta formando claros y se aplica á una cinta de ra·so blanco (fig. 140); encima se coloca una hoja de oro, que com-µnique con dos hojas de estaño e, l, y se sugeta todo con cart011,es m, n aplicados encima. Este conjunto se coloca en una prensa e!éctrt'ca (fig. 141), se b,ace pasar la descarga á través de la hoja_ de oro, el metal se volatiliza y se deposita en la seda á través de los claros del dibujo. Barat aplica la hoja de oro sobre una placa de vidrio, con lo cual el experimento es más rápido y seguro. Ant'llos de Prt'estley.-Cuando los cuerpos tienen cierto espesor, la descarga eléctrica sólo produce una fusion superµcial en _ellps. Al

FfSICA

IND,

T. II,-47

FÍSICA INDUSTRIAL

descargar la batería del Museo de Teyler, por el borde de una de sus }arras, la superficie del vidrio se funde en una extension de más de 1 centímetro. En las bolas metálicas heridas por varias descargas de l¾níl ~bateria de 40 piés cuadrados, observó tambien Priestley seüales -de fusion representadas por una mancha cir~ cular, y al rededor de ella uno ó varios anillos concéntricos en relieve, separados por fotervalos de 3.milímetros. En placas de metal, estos anillos están formados por puntos brillantes y pequeñas cavidades que indican verdaderamente la fusion, y los intervalos 'que los separan se presentan cubiertos por un polvo negro sin adherir. Los metales más fusibles son los que dan generalmente mayor número de anillos con la misma descarga: Estos anillos presentan á veces colores muy vivos. Distinta resistencia de los varios metales. Observa Priesley que, en general, de dos hilos metálicos de igual diámetro, puestos uno á continuacion de otro y unidos por unas pinzas, al atravesarles una misma descarga, sólo funde uno de ellos; el ·menos buen conductor. Así, el platino y el hierro, funden más facilmenteque el oro y la plata. Van-Marum coloca los metales segun su resistencia al paso de la electricidad, en el órden siguiente: plomo, estaño, hierro, oro, plata, cobre, siendo · este el que resiste menos. Harris encuentra que la fusiones más difícil en el vacio, por cuanto una parte de las • electricidades pasa al rededor del hilo; por ejemplo, un hilo que no pudo fundirse en el vacío por la descarga de una batería de 25 .piés cuadrados, fundió facilmente en el · aire por una batería de 5 piés. De esto se ·deduce que la electricidad obra tanto mejor cuanto mayor sea la resistencia que deba vencer su paso; lo cual es muy fácM de co!Jlprobar: si se descarga una jarra, empleando un hilo muy fino como excitador, y con el contacto más rápido posible, deberá repetirse este cuatro ó cinco veces á lo ménos para obtener la descarga completa. Igualmente, si se hace pasar la descarga á traves de un hilo sinuoso, salta muchas veces la chispa de una sinuosidad á otra á traves del aire. Si la resistencia á la descarga conductiva aumenta. los efectos- caloríficos, no debe no

obstante serlo t~nto que corte el paso á la electricidad, puesto que no habria efecto. Este es el motivo porque no se altéran los malos conductores que se coloquen cerca de los hilos que se funden por la descarga, tales como el dorado de una tabla de madera, de un cordon de seda, que se volatiliza sin que se alte~ ren (lStos soportes. _ Termómetro de Kinnersley.-Para demostrar el efecto calorífico de la chispa eléctrica se emplea el aparato conocido con el nombre de termómetro de Rinnersley. Se compone de un tubo grueso de vidrio almasticado por sus extremos en unas guarniciones de cobre que cierran herméticamente y soportan dos conductores terminados en bola,· fijo el u~o y móvil el otro en una caja de cuero (fig. 142). Lateralmente hay un segundo tubo abierto por su parte superior: La caja de cuero está divididá. En el ~ubo !Jlayor se vierte agua á una altura que no alcance á la bola inferior: se cierra la caja de cuero, se hace pasar la descarga de una botella de Leyden entre las dos bolas, tal como representa la figura. Instantáneamente el agua es repelida hácia el tubo abierto, en el cual sube unos 2 centímetros aproximadamente , lo cual demuestra una calefaccion y dilatac_ion del aire del tubo mayor durante el paso de la chispa. Este aparato demuestra simplemente el fenómeno; no puede servir para medir el grado de calefaccion, por producirse al propio tiempo "4na fuerte conmocion en la columna de aire; así, la denominacion de termómetro no es exacta. El calentamiento de un hilo metálico producido por la descarga, depende de su naturaleza, de su longitud, de su diámetro y de la carga de la batería. Cuthberston observa que el calentamiento es proporcional al cuadrado de la ·carga, de suerte que, el efecto calorífico lo deduce de la longitud máxima del hilo susceptible de fundirse. Harris suponia que el efecto calorífico depende únicamente de la cantidad absoluta de electricidad de la batel'ia; mas Riess demostró que depende tambien del estado de condensacion. Hé aquí el instrumento termométrico que empleaba. Termómetro eléctri'c.o de Riess. - Consta el aparato de un globo con tres tubuladuras (fig. 143), seguido de un tubo capilar de unos

•

CONDENSACION DE ·LA ELECTRICIDAD

45 centímetros de largo, acodado verticalmente por su extremo libre, en donde su diámetro es mayor. La descarga pasa por las espigas e, e' y por las dos tubuladuras a y b y va á parará un hilo de platino arrollado en hélice. Por la tercera tubuladura o se introduce cierta cantidad de líquido que pasa al tubo acodado; se la cierra luego herméticamente con un ta pon de rosca. Inclinando más ó menos el tubo, se aumenta la sensibilidad del instrumento, que es tanto mayor cuanto menos inclinado esté. Al atravesar la descarga el hilo de platino, éste se calienta y dilata el aire, y como se desprecia por insignificante la pérdida de calórico producida por el contacto con las ·paredes, el calentamiento del hilo se de_d uce íntegramente , del cambio de nivel del líquido en el tubo capilar. La cantidad de electricidad que contiene la batería, se evalua por medio de una . botella de Lane (fig. I.I 7), en la cual·, el hilo de platino t amortigua el choque de la descarga, para que la superficie de las bolas no se altere, de lo contrario se alteraria el valor de la unidad de medida adoptada. El calentamiento del hilo depende de la cantidad de electrt'cidad y del estado de condensacion. La misma cantidad de electricidad acumulada en un número distinto de jarras, produce un calentamiento distinto, que aumenta cuando el número de jarras disminuye; resultado debido al aumento de rapidez de la descarga, que no es instantánea si el hilo que atraviesa es muy fino. Con una bateria cuyas jarras tenian 16 centímetros cuadrados de superficie armada, y cuyo número variaba de 2 á 25, Riess halló qu~: la cantidad de calórico producida por un hilo es proporcional al cuadrado de la cantidad de electricidad y está _en rar_on inversa · ,de la superficie armada de la batería. El calentamiento es proporcional tambien á la cantidad de electricidad multr:plt'cada por su densidad, y está en rar_on i:nversa de la duracion de la descarga . Termómetro eléctrico inscrr:ptor. - Todas estas leyes se comprueban con el aparato de Mascart representado po~ la figura 144. La descarga pasa por los botones b b', ó por los ganchos c c', y va á parar á un hilo de platino a1slado, que se coloca en forma de hélice

37 1 en el interior de un tubo de vidrio. Los cambios de presion interior, producidos por el calórico, se comunican por el tubo flexible t al aire contenido en un pequeño tambor de cauchú, de base móvil por medio de una palanca. El extremo de esta palanca es el que inscribe en un cilindro jiratorio, tomado con negro de humo, las variaciones rápidas de presion producidas durante el paso de la descarga. EFECTOS MECÁNICOS DE LA DESCARGA. - La conmocion rápida que experimentan los gases atravesados por la chispa eléctrica, puede será veces tan enérgica en _los líquidps que rompa los vasos que los contienen, como puede suceder igualmente con los gases, si los vasos son muy estrechos. Si entre las puntas del excitador universal se coloca . una placa aisladora algun tanto conductriz, se romperá ó taladrará al producir la descarga de una bateria, cuyo efecto se produce expontáneamente, á veces, en la placa aisladora de un condensador si se le carga demasiado. El espesor de la placa cuya resistencia debe vencerse depende principalmente de la diferencia de potencial de los electrodos. La cantidad de electricidad sólo influye en el grueso del agujero formado, por esto es que una botella de Ley den bien cargada taladra una placa que no podrá atravesar la descarga de una bateria de gran superficie que contenga muéha mayor can,tidad de electricidad, pero que contenga una débil tension de fluidos libres. La simple chispa de una potente máquina eléc- · trica puede sustituir ventajosamente la descarga de una gran batería. La chispa de la máquina del Museo de Teyler taladra un libro de 192 hojas. La máquina_de Holtz taladra una placa de vidrio de más de 1 5 milímetros de grueso, cuando está provista de sus dos bote..: llas H, ~ (fig. 77) reunidas en cascada, es decir, de modo que las armaduras exteriores comuniquen, mientras se electrizan los gan~hos, positivamente el uno y negativamente el otro. La diferencia algebráica de los potenciales es entonces doble de lo que seria si con · la misma condensacion, las dos armaduras interiores comunicasen con un mismo peine. y las dos armaduras exteriores con otro. Punr_on eléct1'ico.-Para taladrar una placa

3'72

FÍSICA ÍNDUSTRIAL

de vidrio se emplea el llamado pun 1on eléc- vez de una, se producen, en realidad, dos trt'co (fig. 145). Descansando en un cilindro chispas que salen dé ambas caras para pasar de vidrio se coloca la placa A, entre dos pun- á la punta corr~spondiente. Tambien puede tas aisladas, y se hace pasar entre éstas la des- comprenderse esto acudiendo á la teoría de carga de una botella de Leyden. El agujero un solo fluido, considerando tan solo los feque se produce es redondo, de contornos es-: nómenos que se producen con la punta posimerilados, bien definidos, y ocupado á veces tiva. E1 fluido en más que sale de esta para por vidrio en polvo. precipitarse en la cartulina y atravesarla, coPara · dirigir _la electricidad á un mismo munica á las moléculas directamente atacapunto de la placa, se moja la punta superior das una fuerza repulsiva ·que tiende á sepacon u·na gotita de aceite, pero, á . pesar de rarlas y hacerlas salir al exterior, d~ lo cual esto, gran parte de la electricidad se disemi- resulta el relieve observado. na y bordea la placa, por cuyo motivo la ba2.ª El agujero se encuentrn. mucho más tería debe ser muy poderosa. Para que los re- cerca de la punta negativa. Si antes del ex-sultados sean buenos y fácile~, se cubren los perimento se hace un agujero á igual distanelectrodos con tubos de vidrio, en los cuales cia de las puntas, la descarga no pasa por él, se vierte goma laca fundida para que adhiera es decir, que no le atraviesa, en cuyo fenómejor. meno interviene forzosamente el aire, como Terquem y Tannin han ideado, con el mis- observó Tremery experimentando en -el aire mo objeto, un aparato que puede funcionar enrarecido, en el cual, el agujero se aproxitan á menudo como se quiera. El eléctrodo maba al centro á medida que se debilitaba la superior termina en punta aguda que se intro- presion. Si: se coloca la cartulina entré dos duce en la placa de vidrio C (fig. 146) y está puntas horizontales, más alta una que otra, cubierto con. dos tubos de vidrio M, N, llenos se observa en la oscuridad una estela luminode una mezcla de cera y resina, que les hace sa que enrasa la cartulina y va de la punta adherirá la placa. El electrodo inferior, cuya positiva á la punta negativa, y es en frente espiga B está acodada, se aisla del mismo mode esta que se hace el agujero. Para explicar do, y termina igualmente en punta que se in- todo esto, se acostumbra decir qu·e el fluido troduce tambien en la placa D. La placa que positivo se transporta más fácilmente á través deba taladrarse, L, se coloca y comprime del aire que ·el fluido negativo, por lo tanto, entre las dos placas C y D, pero de modo que el punto de la cartulina en donde se juntan los las dos puntas a y b de los electrodos coinci- fluidos estará más cerca de la punta negativa. dan exactamente, interponiéndoles una goRotura y alteracion de los cuerpos . - Al tita de aceite de oliva para que la electricidad pasar la descarga por un prisma de madera, no se esparza por las superficies. en sentido de sus fibras, colocando en sus La chispa de una máquina de Holtz podrá bases las puntas del aislador universal, este taladrar así una placa de vidrio de 1 5 milí- prisma salta en_pedazos, más ó menos pequemetros de espesor, y una bobina de Ruhm- ños segun la mayor ó menor carga de la bakorff, una placa de 30 milímetros y más aun. tería y la extension -de su superficie armada . El agujero que se produce es limpio, trans- . Con una batería de 15 metros cuadrados, parente, pero á veces sinuoso.' consigu.ió Van-Marumm hender eri dos pedaPara taladrar una cartulina se emplea el zos un cilindro de boj de 81 milímetros de diáaparato representado en la fig. 147. La car- -metro y otros tantos de altura, equivalente á tulina se coloca oblícuamente entre las pun- un desarrollo de fu_erza de unos 3 ,ooo k:ilótas aisladas a y e que sirven de electrodos. gramos. En el agujero que produce en ella la descarSi se hace pasar la descarga á través de una ga se observan dos cosas: hoja de oro colocada entre dos placas de vi1. ª El borde del agujero forma relieve en drio cargadas con pesos, el oro se volatiliza ambas caras. Esto se explica ordinariamente y se rompen muchas veces las placas. Un por la descomposicion por influencia que se alambre de hierro muy fino, bien. tirante y resuelve en la cartulina, de suerte que, en · colocado en un tubo de vidrio estrecho, se

CONDENSACION DE LA ELECTRICIDAD

romp~ tambien· en el acto de la descarga, excepto cuando dicho alambre se cubre con papel. Si se llena el tubo con agua ó con ·aceite, el choque es entonces extraordinariameate violento, tanto que 'á veces se rompen cafiones de pistola. · Guillemjn observa que la ruptura puede tener lugar en vaso abierto, á causa de la inércia del líquido, como por ejemplo, un vaso lleno de agua en el cual se introdu2;ca un alambre fino; este vaso se rompe por la fusion del hielo y salta el líq uid0 á algunos centímetros de altura. Fig1:1-ras róricas.-Si se aplican las dos bolas e, e' del excitador (fig. 137) á una hoja bien seca de papel ó de vidrio delgado que se coloque sobre una tabla t, esta hoja se rasga ó rompe por efecto de la descarga. Si el vidrio no se rompe, presenta cierta ·a lteracion artificial, fácil de observar por transparencia, ó tirándole el aliento, con lo cual se forman las llamadas figuras róricas. Este fenómeno se produce fácilmente por medio de chispas que enrasen la superficie del vidrio (fig. 124 y 125). Riess dice que si la descarga es violenta quita todo el brillo al vidrio y se presenta como esmerilado; además, todas las partes en donde quede impreso el alie°'to, pasan á ser conductibles. Wartmann observó efectos de la descarga mucho más pronunciados, en la mica, de una gran regularidad~ y acompañados de colores. Riess distinguió tambie?- figuras róricas en una placa de mica presentada simplemente á la ráfaga que salia de una punta. Acortamiento de los hilos.-Experirnentó Nairne el efecto del acortamiento de los hilos, descargando una batería de 3 metros cuadrados á través de un alambre de hierro de 270 milímetros de largo por 3 de diámetro, colocado naturalmente; midiéndole le encontró ' / 10 más corto, al cabo de 15 descargas ; en cambio su diámetro era·un poco mayor. Con un alambre de cobre se obtuvieron idénticos resultados . Experimentando Becquerel en hilos de platino, dedujo que su acortamiento está en razon inversa del cubo del diámetro. A la tercera ó cuarta descarga, adquiría el hilo la forma ondulada, cuyas ondulaciones aumentaban, sin cambiar de posicion, al repetirse las descargas.

373 Fehómenos de transporte.-Una columna líquida contenida en un tubo capilar atravesado por la descarga, se dirije al extremo negativo y vuelve lentamente hacia atrás. Una .columna de ag1,1a, de alcohol, ó de éter contenida en un tubo capilar en forma de U, cambió de niveles, acuscando un movimiento en sentido de la electricidad _positiva, al pasar la descarga de una batería á través de dicha columna líquida, por medio de hilos de platino.- El movimiento es más aparente inclinando el tubo; está en razón inversa de su seccion y es proporcional á la longitud de la colu'm na y á la carga ae la batería, sea el que fuere el número de jarras entre las cuales se distribuya la carga. Es mucho más concentrado_el movimiento si se utiliza 1~ electricidad continua d-e 1ma -máquina eléctrica, y lo es tánto m·enos cuanto más conductor sea el líquido, por ·estar rhezclado con sales ó con - 1 ~ " ácidÓs. Con líquidos pÓG:o conductores ·, no son tan evidentes los resultados . . Asi, la esencia de trementina, que marcha en sentido del flúido positivo, cuando está. contenida en un tubo impregnado interiormente de azufre, ó en un vaso dividido en dos compartimentos por una divisoria formada con flor de azufre comprimido, esta misma esencia de tr emen- · tina marcha en sentido contrario en un tubo sln· barnizar ó barnizado con goma laca, ó en un vaso dividido por un tabique de arcilla. El sulfuro de carbono marcha de más á nos, excepto en algunas variedades de vidrio. El aceite de nafta no experimenta ningun • movimiento aparente. Estos efectos t;m opuestos se deben, al parecer, á las acciones ejercidas por los electrodos sobre las moléculas electrizadas del líquido, mientras q~e el flujo eléctrico los so- . licita en sentido del fluido positivo. Jurgensen observó en t1,1bcs rectos y enteramente llenos de agua, movimientos inversos cerca de la superficie interior y cerca del eje, que hacían Jnás visibles las partículas en suspension contenidasen ellíquido. Los experimentos de Poggendorff, observando la marcha del positivo al negativo, el cual tornaba una cantidad de mercurio contenida en un_tubo de Geissler, demuestran evidentemente la influencia de la electrizacion del líquido. Sabernos, en efectoí

me-

374

FÍSICA INDUSTRIAL

la facilida·d con que se electriza negativamente el mercurio en el vacío, "y entonces es atraida la columna por el polo positivo. En un líquido, el m_ercurio marcha en sentido de la electricidad positiva, como lo demostró Danie.l, haciendo subir por un tubo inclinado una columna de mercurio, bajo la influencia de un flujo eléctricb intenso. Para terminar citaremos los notables experimentos de Armstrong. Llenó casi completamente dos vasos A y B de agua destilada (figura 148), cuyos bordes estaban separados 12 milímetros uno de otro, y les puso en comunicacion por medio de un hilo de seda húmedo e, que sumergia en los líquidos. Puso luego el vaso A en comunicacion con la caldera negativa ·de una poderosa máquina hidro-eléctrica y el otro B con el suelo; al instan te se formó _una ligera columna de agua que pa~aba por el hilo e, y al encontrarse fijo éste al fondo del vaso A, el agua subia e'n éste y bajaba en el otro. Polvoreando el hilo e se demostraba la existencia de una corriente superficial de B á A, en sentido del fluido positivo y otra interior en sentido contrario. Si el hilo no estaba fijo, esta última corriente obraba en el agua arrastrándola hácia el vaso B. Al romperse la columna e la electricidad pasaba de un vaso á otro produciendo chispas. En resúmen, podemos decir que el transporte de la materia ponderable por la electricidad tiende á resolverse en sentido del positivo al negativo, cuya tendencia, sin embargo, puede estar combatida por varias causas. Este principio general viene en apoyo de la hipótesis de una sola electricidad, que tiende á salir de los cuerpos electrizadps en m ás, arrastrando las molé'culas poco conductibles que encuentra y que no pueden _separarse de ellos con la suficiente rapidez. A r ranque de las partículas de los electrodos.-Al pasar una,fuerte descarga entre dos bolas metálicas, se arrancan partículas de ellas que se trañsportan de una á otra, como lo comprueba el experimento de Fusiniert Producida la descarga de una botella de Leyden s0bre una placa de plata, produce una ~ ncha amarilla en ésta procedente de su · bola de cobre. Repitió este experimento _haciendo pasar la descarga de una bateria pro-

vista de un boton de plata, á través de un disco de cobre de 9 centímetros de diámetro y dé 1 / ª de milímetro de grueso, sostenid_o por un mango de vidrio y aplicado á la bola de cobre del excitador. Las dos caras del disco presentaron cavidades y algunas partículas de plata en ellas, así como tambien se observaron algunas en la bola de cobre del excitador. Además, la bol.a de plata presentaba señales de fusion y ·estaba manchada con óxido dé cobre. En otro experimento se colocó una bola de oro sobre la bateria y se le aplicó un disco de plata aislado. La descarga que salió del disco de plata, la recibió la pola tambien de plata del excitador, y en la cara del disco opuesto á la bola de oro se produjo una mancha amarilla de algunos centímetros de diámetro. La bola de plata presentó tambien señale~ de oro, y la bola de oro señales de plata. Las señales de oro fueron desapareciendo poco á poco, como si se volatilizase este metal. Colocado el d'isco de plata á igual distancia de las dos bolas, presentó despues de la descarga, manchas de oro iguales en ambas caras. Fusinieri explica todo esto por el tr'ansporte de la plata ó del oro, á través del-disco interpuesto, y atribuye además, al arrastre de las partículas la perforacion de los cuerpos atravesados por la descarga . Pero, tambien podría suponerse que la electricidad pueda cubrir en parte el disco y alcanzar sus bordes, transportando á través del aire las partículas de oro ó de plata que encuentre á su paso. De todos modos, seria muy útil repetir estos experimentos, empleando discos de grandes dimensiones rodeados de una substancia aisladora. Las partículas arrastradas por la chispa eléctrica, explican ; segun Hales, los varios colores que presenta segun la naturaleza de los cuerpos de donde sale. La fuerza que hace saltar las partículas metálicas no es probable~ente más que la repulsion que se ejerce entre ellas, unida al estado de vapor á que las convierte ,la enorme cantidad de electricidad que las arranca ; explicacion apoyada en los experimentos de Priestley. Este hizo pasar una fuerte descarga á través de una cadena de hierro colocada

CONDENSACION DE LA ELECTRICIDAD

sobre una placa de vidrio, y observó que los eslabones quedaban señalados en el vidrio por medio de un polvillo negro que s-altaba de ellos, y pesada despúes la cadena, vió que habia disminuido su peso. Una parte de este polvo, quedaba fuertemente adherido al vidrio como formando parte de él. Si se frota una medalla con plombagina, lÍenando los huecos, se la coloca sobre una hoja de papel y se la atraviesa con una fuerte chispa, la plombagina salta de los huecos, dibujándose la medalla en el papel. Karsten obtuvo el dibujo de una medaila sin preparar, poniéndola sobre una placa de _vidrio, y haciendo pasar chispas entre ella y una placa de metal colocada en el lado opuesto. La imágen es visible soplando el vidrio y procede de restos de óxidos ó de impurezas que se encuentren en la superficie de la medalla. Tambien puede obtenerse la imágen sobre una placa de metal, separándola de la medalla por una insignificante capa de aire . . Despla1amiento por choque laterál.-Estudiando Priestley los ef~ctos del rayo para imitirlos, observó que los cuerpos situados cerca del lugar en donde se produce una fuerte descarga, cambian de lugar, es decir, que saltan á varios centímetros de distancia. Sucede lo mismo, pero con menos fuerza, cuando la descarga atraviesa un hilo fino, aunque esté calentado solamente. Priestley explica este fenómeno por la conmocion del aire; de suerte que se repite el fenómeno del morterete eléctrico (fig. 149), en el cual la dilatacíon del aire producido por la chispa en B, hace saltar la bala A. Pouillet atribuye estos movimientos á la induccion, producida con tal instantaneidad y con tal energia, que los cuerpos, cuya conductibilidad sea imperfecta, son arrastrados por lC>s fluidos que no 'pueden moverse en su inte'r ior con la suficiente ·rapidez. Para terminar, observaremos que todos estos efectos mecánicos se debilitan al presentar resistencias el circuito; esto es, si contiene un hilo fino q1Je se caliente, en cuyo caso, parte del trabajo de la descarga se transforma en calor. EFECTOS QUÍMIC'QS Y MAGNÉTICOS DE LA DESCARGA. - Si se hace pasar una série de chis-

pas por. una probeta colocada sobre mercurio

.375 y llena de los gases siguientes: gas olefiante, ácido suljht'drico,ácido clorhídrico,protó xido de á1oe, gas amóníaco, hidrógeno ·¡os/orado, se descomponen. El ácido carbónico se descomponé en óxido de carbono y ,oxígeno; el gas nitroso se transforma en ácid9 azótico y ázoe. Estas descomposiciones, las conocieron ya los antiguos físicos. La descarga puede descomponer igualmente los cuerpos aisladoi-es que encuentra á su paso; por eje~plo, el éter, los aceites grasos, los aceites esenciales . . Los aceites dan gases olefiantes, hidrógeno y oxígeno. Al fundir un hilo de laten; el zinc y el cobre se separan, y se les puede obtener en estado de óxido sobre una placa de vidrio. Una série de chispas que atraviesen el óxido de estaño contenido en un tubo de vidrio producen estaño en la superficie del tubo . El bermellon deposita, en iguales circunstancias, el a·zufre y el mercurio que le .constituyen. Pinaud aplicó una hoja de papel impregnada de bromuro ó de yoduro de plata á u~ cuadro centelleante, á- la que aplicó una placa de vidrio y, atravesando el cuadro con una descarga de botella de Leyden, observó manchas parduzcas en el papel, precisamente en los puntos correspondientes á las chispas, obte:niendo así dibujos que denominó electrografias. Con la chispa pueden obtenerse tambien ciertas combinaciones. Priestley observó una série de chispas lanzadas á través del aire, que tenían la propiedad de enrojecer la tintura de tornasol. Cavendish' dice que se forma ácido azótico por la com binacion de un poco de oxígeno y de ázoe. La inflamacion de las mezclas gaseosas no debemos citarla aquí, por cuanto fa chispa ~bra en este caso, al igual que una llama. Descomposicion con transporte de los elem entos. -En las descomposiciones que acabamos de citar, los elementos desunidos perma- · necen mezclados. Al cabo de muchos ensayos Wollaston y Boinjol pudieron obtener su separacion, pe·ro no les resultó muy limpia. No así Faraday, que la obtuvo de la maneta más satisfactoria. Colocp primero sobre una plaéa de vidrio una gota de una disolucion de sulfáto de cobré en la cual introdujo los extremos de unos hilos de platino que comunica-

·•

- FÍSICA INDUSTRJAJ.

_b an con los cqnductores de una máquina de Nairne, y, al cabo de veinte vueltas de la má_quina, obtuvo un depósito de cobre en el hilo negativo. El yoduro de potasio mezclado con almidon dió en el mismo tiempo un color azul al rededor del hilo positivo, testigo fiel de la presencia del yodo. En otro experimento, hizo salir una sene de chispas de una máquina positiva, al extrem~ de una hoja de papel húmedo e.rnpapado de sulfato neutro de sosa y teñido con jarabe de violetas; esta hoja enrojeció en dicha punta y tomó el color verde en la otra que c_o mu_nicaba con el suelo; luego, la base de la sal y el ácido se transportaron separadamente á los extremos del papel. Si sobre una placa de vidrio V (fig. 150) se aplican up.a .série de losanges de ig.ual papel y se hace ·pasar la electricidad positt'va que penetre por una punta aislada p, mientras la puntan comunica coµ el suelo, se observa que los losanges· enrojecen por el lado que _mira á p y reverdecen por el extremo opuesto. El paso de la electricidad de un losange ~á .otro, debe efectuarse sin que se p~oduzcan chispas. Si el papel está sólo empapado con jarabe de violetas, tambien podrán aparecer los colores á 'causa de las sales contenidas en el mismo. Descomposicion del agua. - Descompuso Wollaston las partículas del agua; empleando débiles descargas, haciendo pasar la electricidad por un solo punto, para lo cual introdujo en un tubo de vidrio, un hilo de oro muy afilado, fundió el vidrio alrededor de la punta, y fué limando el extremo del tubo hasta que apareció la punta del hilo. Al pro~ucir chispas con el extremo exterior del hilo que sumergía en el agua, puesto en comunicacion con el suelo, se _produjo inmediataJ11ente·una especte de corriente de burbujas gaseosas que salían de la punta de .ow,. lo . cual demuestra un movimiento de descomposicion producido en las moléculas del agua. Procediendo de distinto modo, doraba Wollaston el interior d,el tubo por medio de una disolucion de cloruro de oro calentado, afi- , laba luego el tubo con el soplete y obtenía así una punta fina do~ada interiormente. Con ~1 mismo procedimiento descompuso igua1·mente sulfato de cobre en disolµcion en el

agua. Por estos sistemas los elementos del agua están mezclados, y Armstron los obtiene .separados por medio del aparato (figura 151). El vaso V está lleno de agua, y los tubos t, t', están atravesados por la parte superior por un hilo de platino soldado al vidrio. Uno de estos hilos comunica con la caldera de la máquina hidro-eléctrica, y el otro con el suelo. Al instante se va desprendiendo oxígeno alrededor µel hilo positivo t, é hidrógeno alre~edor del hilo t'. Con una máquina elé~trica ordinaria, los gases separados son en tal} poca cantidad, que el agua los disuelve completamente. Sin embargo, consiguió obtenerlos Andre'Ys, em.pleando tubos. capilares que contuviesen muy poca cantidad de agua, la ~ual se satur~ba muy pronto de los gases. Una máquina de elíseo le produjo ..2_ de milímetro cúbico de .

. ~xígenci, al cabo de 40 vqeltas dadas en un µiinuto. Tambien emple~ la electricidad de la atmósf~ra, obtenida por medio de una cometa eléctrica;" y obtuvo en una hor_a

de, milí-

metro cúbico de oxígeno. O1onq.- Al pasar una série d~ chispas á ~ravé~ del oxígeno puro, este gas exhala un _o lor particular y adquiere nuevas propiedades· químicas. Este oxígeno, así modificad9 por la electricidad, recibe el nombre de o1ono. - Acciones químicas de los efluvios eléctricos. -A raiz de sus investigaciones .sobre la luz eléctrica, observó Morreu que los gases compuestos introducidos en la cámara barométrica, se descomponen al atravesarlos el efluvio eléctrico, á causa de los ténues vapores del mercurio, y el oxígeno es rápidamente absorbido por estos mismos vapores. Berthelot obtuvó acciones químicas por medio de un efluvio eléctrico que atravesaba una ·placa de vidrio. Se introduce un gas junto con otras substancias en una probeta de boca abierta, ac (fig. 152) que se sumerge en -mercurio. Se hace pasar la electricidad positiva de una ,potente bobina de Ruhmkorff por una columna de ácido sulfúrico dilatado, b, contenida en un tubo V, cuyo extremo cerrado es el que se introduce en la. probeta, ocupándola casi completamente. La electricidad negativa entra por el hilo de platino /~ en una

C:ONDENSACÍON

DE LA ElECTRICiDAD

atmósfera del mismo ácido que rodea la probeta, y está sujeto por una especie de man-guito de vidrio soldado por encimad~ la boca ensanchada. Tambien se la hace llegar á veces por úna cinta delgada de platino colocada en hélice, como se ve en P. En la oscuridad se observa una luz fosforescente en el espacio anular ocupado por el gas. La materia orgánica se coloca · sobre el mercurio y el gas absorvid.o se renueva por un tubo aductor. Entre· los resultados obtenidos· por Berthelot, citaremos los siguientes: El amoníaco se. descompone en parte por el eflúvio, y recíprocamente se combinan algunas centésimas de una mezcla de ázoe y de hidrógeno, -al par que la chispa sólo puede combinar algunas cienmilésimas, que se presentan en forma de una burbujita de ácido clorhídrico. El protóxido de ázoe se descompone en ázoe y oxígeno, una {)arte del cual es absorbida por el mercurio. El bióxido de ázoe, el hidrógeno sulf1,1rado, el hidrógeno fosforado se descomponen y produéen varios compuestos nuevos . El óxido de carbono dá el sub-óxido pardo descubierto por Brodie. El ázoe es absorbido por- los compuestos orgánicos; la bencina, la esencia de trementina y el gas de fos pantanos,dan compuestos resinosos, que, por el calor, desprenden amo-

FÍSICA IND.

377

níaco. El papel blanco de filtro (celulosa)ligeramente humedecido, absorbe en ocho ó diez horas una cantidad muy notable de ácido, y desprende mucho amoníaco si se le calienta despues al rojo oscuro con la cal sedada. El hidrógeno es tambien absorbido por los compuestos orgánicos, y generalmente con más rapidez que el ázoe. El oxígeno mezclado con ázoe no impide la absorcion de este último gas por los compuestos orgánicos. En la Meteorología ya veremos la influencia de la electricidad at- · mosférica en la absorción del ázoe del aire por la vegetacibn. Efectos magnéticos. - La electricidad obra de un modo muy notable sobre los cuerpos magnéticos. Entre los varios fenómenos que se producen citaremos tan solo la imantacion de las pequeñas agujas de acero, hecha por Franklin, con la descarga de la botella de Leyden, y la inversion de los polos de una aguja imantada. ffeccaria,Cavallo y Wilson, obtuvieron resultados semejantes, ya haciendo pasar la descarga á través de la aguja ya colocándola muy cerca de la chispa. Por último, JGnnersley colocó una aguja imantada ert un pivote de hierro y observó que se movía con rapidez al pasar la descarga á través de dicho pivote ..

LIBRO DECIMO-SEGUNDO ELECTRICIDAD DINÁMICA

CAPÍTULO PRIMERO Caudales de electricidad. - Pilas. no la encontramos en el cambio de estado de los cuerpos, lo cual obedece sin duda al inDAD. - La electricidad • puede producirse por cinco medios mediato restablecimiento de equilibrio eléctrico roto en el primer momento. · principales:. Este restablecimiento parcial de equilibrio 1. º Por las acciones mecánicas, frotamiento, presion,etc. tiene lugar en muchos casos, y explica la forPorlasaccionesqÚ.ímicas. macion de las ráfagas que acompañan la pro· _2. 3 .º Por elcalor,que obra ya duccion de electricidad en las acciones mecáen los cristales, ya en los circuitos heterogé- nicas. Conviene, pues, ante todo, evitar cuanto se pueda esta pérdida de electricidad; neos. pero cuanto mejores sean los resultados que 4. º Por los f enómenos fisiológicos. se obtengan, mayor será la tension. Todo 5. Por la t'nduccion por los imanes. Durante mucho tiempo se ha supuesto con cuanto aumente la rapidez ~e producción Volta, que el solo contacto de dos cuerpos eléctrica, eleva tambien la tension, hasta que basta para desarrollar electricidad; pero ya la cantidad destruida sea i"gual á la que á cada trataremos de esta cuestion al hablar de la momento se produce. electricidad producida por las acciones químiCaudales mecánicos de electricidad. - Leyes cas, acciones por .las cuales se explican generalmente los fenómenos que antes se atri- de la producs;ion de electricidad por el frotamiento. buian al contacto. FENÓMENOS GENERALES. - En el libro anteDe lo que antecede resulta que, siempre que se produzca un desequilibrio en las molécu- rior hemos visto como fueron descubiertas las de los cuerpos, habrá producción de elecla electricidad y sus principales propiedades tricidad. Esta observacion ya la hicimos al por medio del frotamie.n to, y que los dos estratar de los manantiales de calor, só.lo que, tados eléctricos se presentan siempre al misen el caso presente, la manifestacion eléctrica mo tiempo. Tambien hemos estudiado, en :,q,?~ ~ ~ AUDALES DI~TINTOS DE ELECTRICI-

.......

CAUDALES DE ELECTRICIDAD los malos conductores, las causas que modifican la tendencia de una misma substancia á tomar preferentemente uno ú otro estado. Entre estas causas_figura, en primer lugar, el calor y el estado de division~ cuanto más . caliente sea un cuerpo y más dividido ·e sté, más tiende tambien á tomar el estado negativo. La energía de la conmocion molecular hace aumentar igualmente esta tendencia; resultado que depende ya de la conmoción en sí, ya del calor que es su consecuencia. Becquerel observa que el estado molecular tiene más influencia que el mismo estado de los cuerpos. Así, el talco, la harina, el carbon de retorta en forma de polvo impalpable, aplicados á las almohadillas de una máquina de Nairne, producen resultados muy semejantes á los producidos por el oro musivo y las amalgamas. La cantidad de electricidad la deducía aproximadamente de la distancia explosiva de las dos bolas de los conductores de la máquina, cuya velocidad fuese constante. En general, si_ las superficies frotadas están húmedas, no hay produccion de electricidad, lo cual proviene de que los flúidos separados se vuelven á combinar al instante, á través de la capa húmeda interpuesta entre estas superficies. Si están bien secas, el más insignificante roce produce electricidad. El papel húmedo frotado con un metal pulimentado no produce electricidad; por lo contrario, se electriza positivamente si está bien seco. En las fábricas de papel contínuo, se notan á veces chispas que salen del papel al pasar por entre los cilindros calentados para secarle. Conocidas estas generalidades, pasemos á estudiar las circunstancias relativas á la produccion de electricidad por el frotamiento, tales como la presion, la velocidad tangencial y la naturaleza del roce. FROTAMIENTO DE LOS METALES POR LOS MALOS coNDUCTOREs.-Los metales frotados con conductores imperfectos, como son la madera, el corcho, el marfil y tambien el azufre y la goma laca, se electrizan negativamente. Si bien Cavallo, Wilson y Haüy, habían ya comprobado este fonómeno en varios metales, se presentan, no obstante, ciertas anomalías, particularmente con aquellos metales fácil-

379 mente oxidables, como son el plomo y el bismuto, que muy á menudo se electrizan positivamente. A. de la Rive esplica estas anomalías, observando que la electricidad es siempre negativa si la .superficie metálica está bien limpia. Más, si esta superficie está algo tomada de óxido, el cuerpo frotante toma y retiene el óxido, éste se convierte entonces en la substancia frotante, y por su gran tendencia negativa, da al metal el estado posiivo. El corcho, el cauchú y en general los cuerpos blandos, que tornan fácilmente el óxido, producen en general todos este efecto. Si el metal oxidable se ha calentado, ya no se oxida con tanta fuerza, y entonces se electriza siempre positivamente. Si el grueso de la capa de óxido es excesivo, y no sea fácil, por tanto, que la quite completamente el frotador el metal se electriza negativamente, ó no se electriza, por ser de _igual naturaleza las superficies frotantes. Estos experimentos se han ejecutado con electróscopos de panes de oro, poniéndolos en cornunicacion con la placa metálica cogida por un mango aislador. Pasando suavemente la punta del dedo bien seco por esta placa bien limpia, se le comunica fácilmente el flúido negativo. FROTAMIENTO DE LOS METALES ENTRE SÍ.Cuando se froten dos cuerpos buenos conductores, deben tomarse ciertas precauciones . especiales para impedir que las electricidades se combinen de nuevo inmediatamente. Hé aquí como opera Becquerel: une dos placas metálicas con los extremos del hilo de un reómetro por medio de soldaduras cobijadas en corcho para no comunicar el calor de las manos. Al aplicar una placa sobre otra, la aguja del reómetro permanece en reposo; más, así que se les hace resbalar, la aguja se desvía, por recibir dicha placa una de las electricidades separadas por el roce, escapando una parte por el hilo del reómetro, sin recomponerse. La desviacion de la aguja es tanto mayor cuanto más rápido sea el frotamiento, puesto que entonces las superficies se separan más rápidamente. Si sólo se comprimen las placas, una con otra, ó se las golpea con fuerza, sin frotamiento, la aguja permanece estable, por más que se produza indudablemente electricidad. El lado hácia

FÍSICA INDUSTRIAL 380 el cual se dirige el polo norte de la aguja, da de oro, cargan á · éste último de electricidad á conocer el lado del hilo por donde entra e] positiva. Becquerel se contentaba con verter flúido positivo. En 1a siguiente lista, cada simplemente las limaduras sobre una placa substancia toma el estado negativo con las metálica cogida con la mano (fig. 1) desde la que la siguen, y el estado positivo con las que cual ca:ían al plato de un electrómetro muy la preceden. sensible, formado de una hoja de oro situada entre los polos opuestos de dos pilas secas (-) Bismuto, paladio, platino, plomo, es- iguales. Las limaduras se electrizan al resbataño, nickel, cobalto, cobre, oro, plata, iridio, lar por la placa y depositan la electricidad re1_inc, hierro, cadimo, arsénico, antimonio, cibida en el disco del electróscopo. antrácito, peróxido de manganeso. (-) Be·c querel repite el experimento empleando \ un disco horizontal que gira rápidamente soSegún orserva Becquerel, en esta lista los bre sí mismo, influido por ún sistema de remetales cuyas propiedades físicas y químicas lojería situado sobre el disco del electrómetro. sean análogos, ó que se encuentren combi- Las limaduras que caen al centro del disco nados en la naturaleza, están, en general, resbalan por su superficie electrizándose, -y colocados al lado unos de otros. Por ejem- saltan al exterior por la fuerza centrífuga. plo, el paladio y el platino; el plomo y el Con estos dos procedimientos, demuestra estaño; el nickel y el cobalto; el cobre y la Becquerel, que las limaduras que caigan sobre plata; el zinc, el hierro y el cadimo. Los vauna placa de igual metal toman electricidad nerios metales frotados de dos en dos se calien- gativa, y que el efecto es tanto más acentuado, tan desigualmente, siendo el que se calienta cuanto más finas sean y mayor sea la-altura más el que se electriza negativamente. Hemos de caída. En general, puede decirse que las visto ya (Libro VIII fig. 23 y 24) que el calor limaduras producen iguales resultados que los es un caudal de electricidad; sin embargo, en cuerpos empañados en frente de los pulimenel caso presente, no es ciertamei¡te su causa, tados. Los resultados son más pronunciados sino solo un efecto concomitente é indepen- aun con los metales oxidables, que con el diente; por cuanto los resultados son los mis- oro, el' platino y la plata. mos, estén ó no pulimentadas las superficies; Si la placa y las limaduras son de metales / y sí, en vez de placas, se emplean cilindros distintos, la tendencia de estas últimas á tode cobre ó de hierro, y se hace frotar un mar el estado negativo, se manifiesta tambien punto de uno de ellos con una arista del otro, pero no lo bastante para impedir que se electambien son idénticos los resultados, sea cual tricen positivamente cuando su substancia sea fuere el cilindro que esté en reposo. Ya tra- positiva, tomada en masa. Así, las limaduras taremos dentro de poco, con más extension, de los metales oxidables se electrizan positide este fenómeno. vamente al caer sobre metales menos oxidaTambien se obtiene electricidad frotando bles; tales son las limaduras de zinc que dos masas de un mlsmo metal una con otra; caigan sobre placas de oro, de platino, de más, en .este caso, es necesario que una de plata, de_plombagina, de persulfuro de hierellas frote con la superficie de la otra, pre- ro, de cobre, de estaño; al paso qúe toman el sentándole los mismos puntos siempre; lo flúido negativo en el bismuto, el ant-imonio y cual se consigue reemplazando una de las el hierro. Los óxidos y los sulforos metálicos placas por un boton. ,Sobre el bismuto, el en forma de limaduras se electrizan negativaantimonio, el ht"erro y el platino, el botan mente si caen sobre placas del metal que contoma electricidad positiva, á pesar de calen- tengan. . tarse más que la placa; sobre el vidrio toma Si se calientan las limaduras de zinc, á 60 el flúido negativo. grados, toman el flúido negativo con los meMETALES EN FORMA DE LIMADURAS.-Übservó tales con los cuales se electrizan positivaSinger que dejando caer limaduras metálicas mente en fria. Cuando la placa y las limaá través de 11na cápsula de cobre cribada, so- duras se eii.cuentran á 60 grados, el resultado bre un disco fijo ~ un electrómetro de panes es más marcado aún, y el efecto es más acen-

CAUDALES DE ELECTRICIDAD tuado por el calor, en láminas sobre las cuales tome el zinc el flúido negativo á la temperatura ordinaria. INFLUENCIA .DE LAS CIRCUNSTANCIAS QUE ACOMPAÑAN AL FROTAMIENTO.-A Peclet se deben investigaciones importantes sobre este asunto, para lo cual ideó una máquina eléctrica particular (fig. 2), que consta de un cilindro de vidrio, hecho á torno, cuyos extremos están cubiertos de una .capa espesa de goma laca, y que puede girar sobre sí mismo, apoyado su eje en dos columnas aisladoras. F es un frotador de madera mantenido por las calisas c, c, y cargado con pesos P; por debajo afecta la curvatura del cilindro y está revestido con pieles delgadas y flexibles, á las cuales se aplican sucesivamente hojas de papel cobreado, dorado ó plateado, ó bien hojas de estaño ó tejidos de lana, de seda ó de algodon, ó tafetan engomado ó felpa, etc. El conductor aislado a k, provisto de puntas a, se electriza por la influencia del cilindro giratorio, proporcionalment e á la carga de este último. La electricidad repelida pasa por un hílo metálico revestido de seda, k e, á la espiga de cobre e e, situada dentro de un tubo de vidrio soportado por la columna aisladora t'. be es un electrómetro de péndulos, uno fijo y otro móvil, cuya desviacion se mide por proyeccion en un cuadrante dividido n. Aquí sólo se comparan los resultados obtenidos en un mismo estado higrométrico del aire. INFLUENCIA DEL TIEMPO Y DE LA VELOCIDAD. - Con substancias frotantes 'que no se alteren, la tension, para una misma velocidad, permanece constante, no sin que haya aumentado durante los primeros minutos, lo cua-1 obedece sin duda á los movimientos de las moléculas de la superficie frotante, durante los primeros momentos, y quizá tambien al calor producido por el frotamiento. Experimentando en cilindros de vidrio, resina, tafetan encerado, que daban una vuelta durante 8, 4, 2 y r pulsaciones del reloj, produjeron tensiones independientes de la velocidad á . todas las presiones. Las superficies de filamentos largos, como son la felpa de seda y e-1 moleton, produgeron tensiones que aumentaban con la velocidad, por neutralizar los filamentos más allá del contacto, una

381

parte tanto mayor de electricidad tomada por el cilindro, cuanto menor era la velocidad de este. Si el cuerpo frotante es buen conductor, la cantidad absoluta de electricidad producida es independiente de la velocidad, y se conserva la misma á cada vuelta, sea cual fuere su duracion, como se observó con una botella de Lane, cuyo número de descargas era el mismo para ig ual número de vueltas á cualquier velocidad de rotacion. Si el cuerpo que frota es mal conductor, el número de desear- . gas aumenta con la velocidad. INFLUENCIA DE LA PRESION. - Para las mismas substancias en contacto, la presion no ejerce influencia ninguna en la tension; sin embargo, con relacion á la felpa y otras substancias análogas, la tension aumenta hasta 4k de presion, lo cual obedece, probablem~nte al contacto, por un gran numero de puntos, del cuerpo frotan te con el cilindro, al ser mayor la presion. Tambien se presentan á veces ciertas anomalías que Peclet atribuye al calórico producido por el roce, el que comunica una tendencia negativa á los factores y modifica los resultados. EXTENSION Y FORMA DE LA SUPERFICIE FROTANTE. - La extension no influye para nada en la tension. Para demostrarlo, Peclet hacia sobresalir la placa delgada frotante que se aplica al cilindro, más allá del frotador, levantaba su borde exterior, y observaba que la parte frotante, comprimida tan sólo por su elasticidad, producia el mismo efecto que la parte rígida del frotador soportando una carga 'de 10 kilos. De esto resulta, que la electricidad obtenida se produce por el borde de la superficie frotante. Si el borde de la hoja no está levantada y se apoya en el cilindro, la desviacion disminuye entonces con la ex tension de la superficie que está en :contacto, por tocar tan solo la hoja en algunos puntos, debido á su poco peso. Tanto en estos experimentos como en los siguientes, los puntos · á (fig. 2) están situados debajo del cilindro giratorio. La curvatura del frotador, cuando es buen conductor, modifica los resultados, lo cual se evidencia, tendiendo más ó menos la placa para que cambie su curvatura fuera de su contacto con el cilindro. Ciertos frotadores, terminados por superficies planas, ó más ó

FÍSICA INDUSTRIAL

menos convexas, /, f' (fig. 2), produjeron ser así, la electricidad, que era negativa, hudesviaciones de 58, 57 y 55 grados, tanto me- biera tenido que ser positiva. Joulin, despues, nores cuanto mayor era la convexidad. Esto, estudió en todos sus detalles este fenómeno, sin duda, proviene de la electrizacion por in- y habiendo reconocido que el grado de la fluencia de la parte curva, cuyo fluido con- electricidad observada dependía de varias cirtrario al del cilindro, aumenta la destruccion cunstancias, corno son, tension de la correa, de una parte de la electricidad que recibe. El velocidad, temperatura, substancias comunicuero que tenga la superficie filamentosa, pro- cantes, etc., construyó un aparato 1 especie duce un efecto inverso, y estos filamentos de máquina elécttica especial, y con ella . neutralizan tanto más la electricidad del ci- pudo practicar varios experimentos. Este aparato consistia principalmente en lindro cuanto menos convexo sea el frotador. FROTAMIENTO DE SEGUNDA ESPECIE. - Sus- dos árboles paralelos horizontales que soportituyó Peclet el frotador de su aparato por un taban dos poleas iguales cojidas por una corcilindro metálico hueco, cubierto con varias rea horizontal tambien. Uno de estos árboles capas de cuero, y provisto de dos muñones giraba descansando en unos cojinetes fijos y introducidos en las colisas c, c (fig. 2), y ob- recibía el movimiento por una turbina, cuya servó que, con el frotamiento por rodaduras velocidad era fácil de variar; la otra polea ó de s~gunda especie, la electricidad que se giraba en cojinetes móviles, para ·poder tenproduce está sometida á idénticas leyes, con der más ó menos la correa; pero no se les firelacion á las variaciones de velocidad y de jaba con tornillos, sino que obedecían á unos presion, que el frotamiento de primera espe- pesos cuyo esfuerzo se hacía variar por mecie. Además, los m~tales en hojas, el papel, dio de una palanca. Para apreciar la tension eléctrica en(la corlas pieles li_sas y el raso colocado por la cara mate, producen iguales cantidades de electri- rea, como no era posible emplear el disco ó plan de prueba, á causa del movimiento, se cidad en ambas especies de frotamiento. acercaba una bolita de unos 15 milímetros de mislos dan que decirse, En general, puede mos resultados, siempre que no existan cau- diámetro, fija al extremo de una espiguita sas accidentales de anomalía. Parece resultar metálica sin aislar. Al instante se producía · de esto, que la electricidad producida por fro- por induccion una ráfaga en la bola, apretamiento, puede atribuirse al efecto de la se- ciándose si era positiva ó negativa por su forparacion de las dos superficies comprimidas ma: la electricidad de la correa era de natuentre sí, ó á la conmocion molecular resul- raleza opuesta. Experimentando en la oscuriridad, se buscaba la distancia á que debía tante de esta separacion. Vemos, pues, apoyándonos en los experi- separarse la bola para obtener la menor mentos de Peclet, y dentro de los límites de cantidad posible de ráfaga. Esta distancia era presión y de velocidad que empleó, que la tanto mayor cuanto mayor era la tensionde la clase de frotamiento, la presion y la veloci- correa; á igualdad de tension, era 1a misma la dad no influyen en la tension eléctrica. En distancia para ambas especies de electricidad. cuanto á la cantidad de electricidad, esta es 1 Si se pasaba la bola por encima de la correa, ptoporcional á la velocidad sea cual fuere la de una polea á otra, por ser estas conductivas, las distancias entre las ráfagas formaban tension. ELECTRICIDAD DE LAS CORREAS DE TRANSMI- una curva de nivel que salia de la polea-mo- SION. - En 1863 unos obreros de la fábrica triz, y se presentaba luminosa á lo largo de la de gas de Saint-Etienne, observaron ciertos arista de la correa. Esta curva se dirigía háresplandores que salían de una correa de cia la pole_a motriz á medida que aumentaba transmision de movimiento y recibieron chis- la cantidad de electricidad, acabando por forpas de un tubo de fundicion que estaba cerca mar una línea semejante á una semi-elipse, de ello·s . Estudiado este fenómeno por Loir, pero cuya forma dependía de la conductibililo atribuyó al roce resultante de un ligero res- dacl y de las"dimensiones de la correa, presenbalamiento de la correa sobre una polea. tándose simétrica á cada lado del punto medio Más segun los experimentos de Coulomb, de de esta.

CAUDALES DE ELECTRICIDAD

Si las poleas no eran .condt:ictivas, la dis4. º Calentando la correa, ya acercando tribucion ya era más complicada por interve- áscuas, ya pasando la llama de alcohol por nir en ella las electicidades que permanecían su superficie exterior, la tension eléctrica a uen dichas poleas. men ta si es positiva; disminuye si es negaLa electricidad se produce principalmente tiva, y pasa por cero para volver á ser popor la separación de las superficies á lo largo sitiva. de la arista, en donde ,la correa abandona la Rodeado todo el aparato con un tambor polea. Las electricidades separadas se recom- para que conserve el calor producido por bin.a n en parte formando ráfagas luminosas, el roce, los fenómenos, tanto positivos corno en tanto menor número cuanto más pronun- negativos, aumentan considerablemente. ciada sea la curvatura de la polea y comuniELECTRICIDAD PRODUCIDA POR EL FROTAque mejor con el suelo, por el cual se pierde MIENTO DE LOS GASES. - Wilson, Henley, rápidamente la electricidad si es conductiva . . Volta, Marx y otros físicos, llegaron á elecLa otra electricidad se esparce por la correa, trizar diferentes cuerpos por el choque de arrastrándola con su movimiento. Las canti- una corriente de aire; pero los resultados obdades producidas dependen de la velocidad, tenidos no eran permanentes, llegando á veces de la tension de la correa, que modifica su re- á ser contradictorios. Faraday observó que sistencia á curvarse por su propio peso, de deperiden del estado del aire,; si este es seco sus dimensiones, del radio de las poleas y de no se produce electricidad; más si está húla curvatura de su llanta . El estado de esta, medo ó mezclado con substancias en polvo, las substancias pulverulentas que pueden dise produce más ó ménos, y el signo d~pende .seminarse por la correa, la naturaleza de las de la naturaleza del polvo . Si el aire arrastra poleas y de la correa, su temperatura, influ - consigo partículas de agua, la clase de electriciyen tambien grandemente. Hé aquí algunos dad depende de la substancia del tubo por de los resultados obt~nidos en una série de donde sale el chorro de aire comprimido. experimentos: Armstron introdujo en un recipiente aisr.º Si se hace variar con · continuidad al- lado, aire comprimido á 8 atmósferas quepaguna. de las circunstancias del fenómeno, la saba por un tubo de vidrio, y observó que tension electri'ca varía tam bien de un modo dicho recipiente se electrizaba, ya positiva, contínuo, y si ha de cambiar el signo de la ya negativamente ó permenecia al estado electricidad, la tension va disminuyendo al neutro. Particularmente, cuando el interior principio, pasa por cero, cambia luego el del recipiente está húmedo, es cuando la elecsigno de la electricidad y la tension va au- tricidad se produce en mayor éscala; si se mentando . . le calienta hasta desecar el aire interior, ya 2. º Si son varias las circunstancias que no se produce electricidad. De esto de be devarían al mismo tiempo, los efectos de estas ducirse que es necesario el frotamiento de variaciones se sobreponen. las partículas de agua que se condensan en el 3. º Si la polea es metálica, la tension elec- , chorro, ó de los varios polvos mezclados, trica en la correa es generalmente negativa, para que el frotamiento de los gases con los y aumenta con la velocidad y con la fuerza cuerpos sólidos desarrolle electricidad. Y a que mantiene tirante la correa. hemo~ visto la aplicacion de estos principios El hierro fundido, es una excepción: la al tratar de las máquinas hidro-eléctricas. tension eléctrica, negativa con relacion á peÜBJECIONES SOBRE LA HIPÓTESIS DE QUE EL queñas velocidades, disminuye en valor ab- FROTAMIENTO ES UN CAUDAL DE ELECTRICIDAD. soluto, pasa á ser nulo para cierta velocidad - Por ir acompañado el frotamiento de una y crece luego positivamente hasta la veloci- produccion de calórico, y ser éste un caudal dad máxima de 1,roo metros. Si se tiende de electricidad, han supuesto varios físicos cada vez más la correa, para una misma veloci- que la electricidad producida por el frot dad, la tension eléctrica varía en un sentido miento se debia al calórico que este produce. ó en otro, segun la clase de correa, pero En primer lugar, observaremos que el frosiempre de un modo contínuo. tamiento por rotacion produce mucho menos

FÍSICA INDUSTRIAL

calor que el otro,y sin embargo,puede producirigual ca!).tidad de electricidad. Gaugain calienta directamente un disco metálico, colocado sobre un segundo disco, á igual grado que el obtenido por frotamiento, y obtiene sensiblemente la misma desviacion en la aguja de un reómetro. Por lo demás, ya veremos que la produccion de electricidad por el calor se debe á los movimientos moleculares que produce; en cuyo caso, corno observa de La Rive, no debe sorprender que el desórden molecular producido por el frotamiento de dos placas produzca tanta electricidad corno el desórden ocasionado por el calentamiento directo de una de ellas. Sorprendido W ollaston por la gran cantidad de electricidad producida por las acciones químicas, atribuyó á estas la electricidad formada por el frotamiento, y con ello esplica la eficacia de los amalgamados y de otras materias muy oxidables con que se revisten las almohadillas. Para demostrarlo prácticamente, colocó una maquinita eléctrica dentro de un recipiente lleno de ácido carbónico, con lo cual ya no obtuvo electricidad. Tambien observó que las almohadillas cubiertas con un amalgamado de plata, ó de un metal inoxidable, tampoco producian electricidad. Más, todo esto podernos contradecirlo con hechos muy evidentes. En primer lugar, ya hemos visto la posibilidad de producir electricidad por roce en el vacio; Gay-Lussac la · obtuvo tambien en una atmósfera de ácido carbónÍco, desecando bien este gas; lo cual es ciertamente muy dificil á causa de la fuerza con que retiene la humedad. Tratando Peclet tam bien esta cuestion, demostró.que la pérdida de electricidad es la misma en el aire que en el ácido carbónico secos, experimentando, para ello, en dos balanzas de torsion idénticas, llenas de aire seco la una, y de ácido carbónic~ tambien seco la otra, resultando lo confirmado por Matteuci. El aparato que empleó Peclet está representado en la fig. 3, cuya pieza principal es un cilindro e con el cual roza _una almohadilla. Este cilindro está contenido en un recipiente de vidrio; se le extrae el aire y se le introducen los varios gases que se empleen por la llave r. Las cantidades de electricidad obtenidas por medio de las puntas y del conductor e, fueron las mismas, tanto si

el recipiente estaba lleno de aire, como de hidrógeno, como de ácido carbónico bien seco. Desde luego se deduce que la electricidad desarrollada no se debe á la oxidacion. Los experimentos de Becquerel, antes citados, conducen á igual conclusion, puesto que, si las substancias, hasta las más oxidables, producen la mayor tension, otras materias muy distintas, tales como el talco, la harina, la plombagina, dan tambien gran cantidad de ella, por suaves que sean al tacto y no produzcan acciones químicas durante el frotamiento. Electricidad producida por presion.

PRESION.-Si se comprimen dos cuerpos entre sí y se les separa luego, se les encontrará cargados de electricidades contrarias, cuyo fenómeno descubrió lEpinus en dos placas de vidrio. Libes repitió este experimento, comprimiendo ligeramente un disco de laton aislado sobre una hoja de tafetan engomado aplicado á un pedazo de madera, y al separarlos encontró el metal electrizado negativamente y el fafetan positivamente. No es natural atribuir este resultado á un frotamiento involuntario, pues ya sabemos que con el frotamiento el metal se electriza positivamente. Iguales resultados se obtienen con discos de plata, de cobre, de zinc, etc. Becquerel dice que se produce electricidad siempre que se comprima un cuerpo flexible con otro cuerpo y se les separe por medio de mangos aisladores, con tal que uno á lo menos de estos cuerpos sea mal conductor. Si los dos cue,rpos fuesen buenos conductores, es probable que las electricidades se separarían tambien, pero sería para recombinarse inmediatamente; pues, en efecto, se obse_rva que, con cuerpos un poco conductores, son tanto más fuertes las cargas, cuanto mayo:r; es la viveza con que se efectua la separacion. La especie de electricidad recibida por cada cuerpo depende de su naturaleza propia y de la del otro cuerpo. Así, por ejemplo, el corcho toma el estado negativo con los minerales de super-· frcie vítrea, y el fluído positivo, cuando se le apoya en discos de hulla, zuocino, cobre, zinc, plata, corteza de naranja, cauchú, pelos de animales, etc. Aquí tambieri manifiesta el calórico su influencia ordinaria; el espato de

CAUDALES DE ELECTRICIDAD

Islandia caliente toma el estado négativo con el corcho; un disco de corcho caliente se electriza negativamente al comprimirle con otro disco de corcho. Pero, adviértase, que las superficies de contacto deben estar bien secas. Prest'on de los crt'stales.-Haüy descubrió otro sistema de electrizacion por presion, comprimie11do con los dedos, durante muy corto tiempo, una plac·a de espato de Islandia, que r_e sultó electrizada positivamente. Comprimiéndola entre dos tejidos ó cualquier otra materia flexible, obtuvo igual r~ultado, pero con menos fuerza de electrizacion. Con cuerpos rígidos, como la madera, por ejemplo, no se obtiene ningun resultado; es indispensable que la substancia pueda moldearse, si así puede decirse, en la superficie del cristal, por movimiento de moléculas que, por elasticidad, vuelvan á su primera posicion al separarlas. Muchos son los cristales naturales que, como el espato de Islandia, se electrizan, pero siempre es indispensable que las caras sean brillantes y pulimentadas, como las obtenidas por r'ejaduras. La especie de electricidad depende, á la vez, de la naturaleza del cristal y de la substancia que le comprime. En esto se verifica un fenómeno muy notable, y es que, los cr,istales que se electrizan por presion conservan su electricidad durante mucho tiempo. El espato de Islandia, que fué la primera substancia con que por casualidad experimentó Haüss, puede permanecer electrizado por espacio de once días. El topacio , del Brast'l, la cal fluatada permanece_n electrizadas durante algunas horas solamente; el cornidon, la esmeralda, el rubí espinel, durante cinco ó seis horas; la argonita, de igual composicion que el espato de Islandia, durante una hora; el cristal de roca, el diamante, durante quince ó veinte minutos. Estas cifras deben considerarse como aproximadas, por depender l.os resultados de la carga eléctrica. La facultad conservati'va de ciertos se manifiesta tam bien cuando la elec' , cristales tricidad es producida por el frotamiento, y parece que se debe á su penetracion en cierta profundidad, debajo de su superficie, como lo demuestra el hecho de que, al apoyar estos cristales electrizados en cuerpos buenos conductores, aun que estén dentro del agua, permanecen electrizados. FÍSICA. IND.

Aguja eléctrica. - Haüy aplica ]a facultad conservativa del espato de Islandia á la construccion de un electróscopo (fig. 4), y con él se conoce inmediatamente la naturaleza de la electricidad. En a se encuentra una placa de espa{o de Is]anda fija al ex tremo de una palanca apoyada en un pivote, que se electriza positivamente por la presion de los dedos. En este estado, se le van aproximando los objetos cuyo estado eléctrico se desee conocer. Leyes de la produccion _de electricidad por presion.-Becquerel encuentra que las tensiones eléctricas de dos superficies pulimentadas son proporcionales á las presiones que las retenían juntas cuando se las separs1- con la suficiente rapidez para obtener el máximo de carga eléctrica. Midió las cargas por medio de una balanza de torsion y las presione_s variaron de r á rd- kilos. Si bien esta ley está en contradiccion con la independen~cia entre la tension y la pre's ion encontrada por Peclet; pero téngase en cuenta que este físico . hace observar que las materias que empleaba Becquerel, entre ellas el corcho, ceden y presentan un gran número de puntos de contacto que aumentan con la presion. El espato de Islandia, el sulfato de barita, el cuarz.o y el sulfato de cal, que se comprimieron sobre el corcho, adquirieron cargas que estaban entre sí como 6, 4'2, 3'9, 1'9. El estado de la su_perficie tambien influye á veces en ello; por este motivo es que el espato, cuyas caras se hayan obtenido por particion, se electriza tres veces más que aquel cuyas caras se hayan pulimentado artificialmente. Observemos, además, que la electricidad por presion solo se obtuvo despues de separadas las superficies en contacto. Brecquerel supone que la presion da flúidos contrarios á las dos superficies, los cuales no pueden reunirse mientras dure la presion. Al separar los dos cuerpos, sólo se recombina una parte de los dos flúidos, y la cantidad obtenida es tanto mayor cuanto más rápida es la separacion. Por lo demás, será muy lógico suponer, contrariamente á lo expuesto, que durante la compresion no existe electricidad libre, y únicamente al separar las superficies es cuan·do la conmocion molecular, producida por la elasticidad, descompone el flúido neutro. Los T. II.

-49

386

FÍSICA INDUSTRIAL

experimentos que vamos á exponer vienen en apoyo de esta suposicion. ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR DIVISIÓN. - Ya es un fenómeno· muy conocido que, cuando se arrancan pedazos de mica, las superficies que se separan producen luz visible en la oscuridad. Si se colocan las hojas separa~as en espigas aisladoras sujetándola,s con cera, se electrizan con signo opuesto, y tanto más, cuanto más enérgica sea la .separacion. Esta propiedad la comprobó Becquerel en varios minerales cristalizados, bien secos, tales como los sulfatos de cal y de barita, el talco, los topacios y otros. La galena y las piritas, por no ser buenos conductores, no dan ningun resultado. Por ténues que sean las hojas de mica arrancadas, los fenómenos se producen del mismo modo. Las carns que se separan toman electricidades opuestas, y esto da lugar á suponer que las moléculas deben estar repartidas por capas, presentando así en una cara puntos que tienen todos iguales propiedades, y en la otra cara puntos todos de iguales propiedades tambien, pero distintas de las de la primera capa. Al comprimir entre sí las dos caras que se acaban de separar, para separarlas nuevamente, vuelven á adquirir las electricidades que por arranque habían recibido. Calentando la hoja que haya tomado el estado negativo, el resultado es au_n más marcado. Separacion de los cuerpos adherentes.-Si se desdobla un naipe, se encuentran las dos mitades con electricidades contrarias. Si se vierte azufre, resina ó goma laca en vas.os cónicos de vidrio, de madera, etc., al separar de las paredes del vaso la materia solidificada, esta se electriza negativamente y el vaso positivamente. El chocolate, el ácido fosfórico dan resultados a,nálogos. Este fenómeno, descubierto por Wilk.e, hacia suponer que la solidificacion de los líquidos producía elettricidad; mas Gay-Lussac dedujo que la separacion de la suktancia solidificada, ya por contraccion ó por cualquier otra causa, produce siempre electricidad. Van-Marum operaba vertiendo resina derritida sobre el mercurio, separándola inmediatamente. El protocloruro de mercurio sublimado y condensado en el cuello de un matraz de vidrio, se electriza tambien al separarle mecánicamente.

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR CONMOCION DIRECTA DE LAS MOLÉCULAS. - Al aplastar un cuerpo, produce á menudo cierto resplandor eléctrico visible en la oscuridad . La creta es uno de los cuerpos· que produce semejante efecto, al golpearla con un martillo; con el azúcar sucede tambien lo mismo al romperle con los dedos, aunque esté en el agua. El choque del silex produce igualmente cierto brillo, atribuido á la misma causa. Si se hace pasar un alambre por la hilera, desvía la aguja de un reómetro que comunique con sus extremos; en cuyo caso existe, además de compresion, frotamiento y cámbio permanente de moléculas. Becquerel atribuye á la electricidad producida por la compresion, la luz bastante viva que despiden súbitamente los bloques de hielo de los mares polares al chocar unos con otros. Divlsion mecánica.-Cuando se liman ó raspan ciertas substancias poco conductivas, como el azufre, la r·esina, la cera, el sebo, el chocolate, etc., si se deponen las partículas en el disco de un electróscopo, se electrizan casi siempre positivamente. Los resultados varían segun se las raspe con un instrumento de filo ó nó. En el primer caso, las partículas de goma laca ó de madera de haya, caliente, se electrizan negativamente, y positivamente cuando el instrumento no tiene filo. Si la madera está fria, las partículas son siempre negativas. Flexiones . - Peltier obtuvo tambien electricidad por simples flexiones producidas en un alambre de cobre. Para ello, formaba un arco con este alambre, que sostenía de distancia en distancia con soportes, y sus extremos los ponia en comunicacion con un reómetro.- Moviendo sucesivamente en sentidos opuestos una de las partes libres de este arco, se observaba una desviacion en la aguja .del reómetro. Sucede á veces, que no se obtiene ningun resultado, probablemente cuando la flexion es simétrica en ambos lados del punto de partida de los movimientos. Cambiando, en este caso, la estructura del hilo cerca de uno de los soportes, ya batiéndole ó ya moviéndole, la electricidad se manifiesta mucho más fácilmente. Tambien se puede frotar el hilo, como si se le hiciese vibrar longitudinalmente.

CAUDALES DE J!LECTRICIDAD

Estos experimentos pueden dar lugar á dudas, á causa de la electricidad de induccion que se engendre en el hilo al moverle, bajo la influencia del magnetismo terrestre; por este motivo, se hacen varios experimentos orientando el arco en varios azimuts con relacion al meridiano _magnético. Vt'braci'pnes. - Sullivan hacia vibrar un alambre bien tirante, construido la mitad de laton y la otra mitad de hierro, soldados por una punfa, y observó una ligera desviacion en la aguja de un reómetro, puesto en comunicacion con los extremos del hilo; esta desviacion subsistía mientras duraban las vibraciones y cesaba al cesar estas. El efecto era mucho más marcado con barrotes de bis-· muto y de ~antirnonio de 25 centímetros de longitud total, que se hacían vibrar por el choque de otro barrote metálico. Juntando dos barrotes de punta uno de hierro de estructura granulenta y otro de hierro fibroso, se obtuvieron resultados semejantes; lo cual demuestra que el efecto depende de la diferencia de estructura de los dos cuerpos, y del modo como se propagan las vibraciones. Polart'dad electrostática por las vt'bract'ones. - Volpicelli produjo electricidad polar en condiciones muy notables, por medio de las vibraciones. Pasando unas barritas de vidrio, goma laca ó azufre, por uno ó varios anillos de metal aislado ó nó, observó que los extremos de estas barritas presentaban electricidades contrarias, separadas por una línea neutra. El extremo que pasaba primero era positivo con el vidrio y negativo con las resinas y el azufre. Para encontrar la causa de este fenómeno, cubrió Volpicelli el extremo de una barrita de laton de 1'5 metros de largo, con una capa de resina ó de azufre, en una extension de 30 centímetros de largo; la capa. aisladora tenía '/, centímetro de espesor y llevaba una virolita ó contera metálica. Cogía el barrote por la parte desnuda, le pasaba por el anillo, y entonces, puesta la virola en ,comunicacion con el electróscopo condensador, ó el electroscopo ( fig. I), se electrizaba ne.ga tivamente al avanzar y positivamente al retroceder. Cuando la ·barilla pasaba por el anillo aislado, cogiéndola por la virola, en este caso tomaba la electricidad contraria á la que to-

maría si estuviese aislada. Las electricidades producidas en ambos casos provienen de los flúidos de las superficies anterior y posterior de la capa resinosa, producidcs por las vibraciones que acompañan las fricciones, por ejercerse estas únicamente en la parte desnuda de la barrita. Cubriendo al mismo tiempo los dos extremos con una capa aisladora, cada uno de ellos experimentaba los mismos efectos que si fuese una. sola. Sustituyendo Volpicelli la resina y el azufre por una envolvente de vidrio, obtuvo resultados muy semejantes, con la sola diferencia que las electricidades estaban distribuídas en sentido inverso. Son más marcados aún estos resultados si el anillo es de igual materia que la barra, puesto que la conmocion de las moléculas es ento.nces más evidente, todo lo cual demuestra que la electricidad no se debe al frotamiento. Tambien se producen iguales fenómenos, pero á gradqs distintos con barras de plata, de hierro ó de acero, pero con la condicion de que el aire esté bien seco; de no ser así, no es fácil observarlos. Electrt'ct'dad atrt'buída á la capt'lart'dad.Becquerel produjo igualmente electricidad por el siguiente procedimiento: se sumerje en ácido clorhídrico contenido en un.a cuchara de platino, un pedazo de esponja de platino fija á unas pinzas del mismo metal, que comunique con la cuchara por el hilo de un reómetro. Al instante se produce una corriente que va de la esponja al ácido pasando por el reómetro, y en sentido contrario de lo que tendría lugar si estuviese la esponja atacada por el ácido. Esta corriente cesa pronto, y no es tan pronunciada si el ácido está concentrado, como cuando contiene cuatro ó cinco veces su peJo de agua. El ácido clorhídrico puede sustituirse por el ácido azótico, más en este caso la corriente es más floja y presenta su máximo cuando el ácido está concentrado. A veces se produce al principio una nueva corriente inversa á la que acabamos de indicar, que solo dura un instante. En· todos estos experimentos debe lavarse bien la esponja y las superficies de platino con mucha agua, y con ácido azótico despues, haciéndo desaparecer luego este por el calor. El carbon de madera en ácido nítrico y ácido

FÍSICA INDUSTRIAL 388 sulfúrico, da resultados análogos á los de la bien á ello, puesto que si se saca la esponja esponja de platino, y la corriente de sentido del ácido azótico concentrado y se la calienta contrario dura más, llegando á persistir hasta ligeramente para sumergirla de nuevo, se unas doce horas. Los gases condensados en obtiene una corriente que va de la esponja el cuerpo poroso pueden motivar la corriente al ácido por el reómetro, corriente que subque se manifiesta cuando los líquidos pene- siste mientras se mantenga la esponja más tran en los poros. El calor que se produce caliente que el ácido. durante la penetracion, puede contribuir tam-

Electricidad producida por las acciones ·químicas PILAS HIDRO-ELÉCTRICAS

Galvanismo.-Pila de Volta. PILA DE VoLTA. - Se da, en general, el ~ombre de p{las voltáicas á cierta categoría de aparatos que sirven para desarrollar electricidad al estado dinámico. La primera pila fué inventada por Volta en 1800. Se compone esta pila de una série de pares ó elementos colocados unos sobre otros, en el mismo orden. Cada elemento está formado por un disco de cobre, un disco de zinc y una rodela de paño mojado con agua acidulada sobrepuestos; los dos discos metálicos estan soldados entre sí, para que sea mejor el contacto y no haya oxidacion (fig. 5). Todos estos pares se van colocando unos sobre otros entre tres columnas ó espigas de vidrio. Esta disposicion especial es la que motivó el dar el ho.mbre de pila al aparato, nombre que conserva aün, á pesar de las varias formas que afecta hoy dia; á esta se la llama pila de columna ó pila de Volta. Produccion de electricldad en la püa.-Ley de las fuerr.as electro-motrices.-De los experimentos de Volta y de otros ,varios físicos, resulta el tener que considerar el elemento voltáico (zinc-cobre-agua acidulada) corno una cadena contín ua, en la cual se ·establece sucesivamente una diferencia de potenciales entre cada una de las substancias en contacto. La primera diferencia se establece entre el zinc y el cobre; la segunda entre el .cobre y el agua acidulada; la tercera entre el agua acidulada y el zinc. Estas diferencias sucesi-

vas de potenciales obedecen á fo siguiente ley, descubierta por Volta: la diferencia de potenciales de las substanclas extremas, es igual á la suma algebráica de las dijerencias de potenclales de las substanclas intermediarias. Se llama fuerr.a electro-motrir., cada una de estas diferencias de potenciales, y la ley de Volta se enuncia entonces diciendo que: La fuer 1a electro-motri°'{ de un elemento, es decir, la fuerza electro-motriz de las substancias extremas, es igual á la suma algebráica de las fuer 1as electro-motrices sucesivas de las substancias intermediarias. Esta ley se aplica tanto á la pila entera, esto es, al conjunto de los elementos sobrepuestos como á un solo elemeI?,to. Distribucion de la electricldad en la pila de Volta. - La distribucion de la electricidad en la pila voltáica es una consecuencia directa de la ley de las fuer 1as electro-motrices, pero no es la misma segun esté aislada la pila ó comunique con el suelo por uno de sus extremos. Pila sin aislar. - Supongamos, primeramente, que .sea el extremo cobre el que esté en comunicacion con el suelo (fig. 6). El potencial sobr.e el cobre C,.,· es entonces Gero; más como la diferencia de los potenciales en el cobre y en el zinc de un mismo par es constante é igual, por ejemplo, á + 2 v, el zinc Z,. toma el potencial 2 v; por conductibilidad, el par Ca Za toma tambien el potencial 2 v, y como su fuerza electro-motriz pro-

CA UDAlES DE ELECTRICIDAD

pia le comunica el mismo potencial 2 v, su potencial final será 4 v. Por la misma razon, los pares siguientes tomarán sucesivamente los potenciales 6 v, 8 v, ... , y el último par el potencial 2 n v, en donde n representa el número total de pares: Así, el potencial aumenta proporcionalmente al número de pares, y estando toda la pila cargada de electricidad, los potenciales en los dos extremos son O y 2 nv. Si la comunicacion con el suelo se hiciese por el extremo zinc, la pila estaria cargada toda ella de electricidad negativa, y los potenciales extremos serian O y-2 nv. Pila aislada. -Si la pila está aislada, que es el caso general, el cobre C, conserva su electricidad negativa, y los dos extremos se • encuentran respectivamente electrizados, positivamente el uno y negativamente el otro. Como las dos cargas positiva y negativa, son necesariamente iguales, y la tran.s icion de un estado á otro ha de pasar forzosamente por cero, es indispensable que la parte media de la pila se encuentre al estado neutro. Por lo tanto, podremos considerar una pila aislada como el conjunto de dos pilas sin aislar yuxtapuestas por sus extremos, en donde el potencial es nulo. Desde luego, en una pila completa den elementos, habrá una mitad enteramente, positiva, cuyos potenciales extremos son O y

1 -

v, y la otra mi-

tad enteramente negatlva, cuyos potenciales extremos son O y -

_I_ 2

n X 2 v. La diferen-

cia de los potenciales, eti. ambos ex:tremos de la pila, será igualmente 2 n v, como antes. Al tratar de la teoría química, veremos que és_ta nos conduce al mismo resultado, relativamente á la distribucion de la electricidad por el interior de la pila. Polos, electrodos, corriente. - En toda pila, se llama polo positivo el extremo en donde la electricidad positiva toma el potencial máximo, y polo negatlvo aquel en donde el potencial es negativo, con el mismo valor absoluto. Hemos visto que, en la pila de columna, el polo positivo es aquel que corresponde á los zincs - de cada par, y el polo negativo al de los cobres. A esto añadiremos que, en toda

pila, estando compuestos los pares de una substancia inatacable por los ácidos, como el platino, el carbon, ó un poco atacables, corno el cobre, y de un metal muy atacable, como es. el zinc, el polo positivo es el que corresponde siempre al metal inatacable, y el polo negativo al metal atacable. Se llaman electrodos ó reóforos dos J?.ilos metálicos fijos á los polos de la pila (fig. 5), que se hacen comunicar entre sí. Si los dos polos de una pila se ponen en comunicacion por medio de reóforos, se produce una descarga eléctrica que va del polo en donde el potencial es positivo al polo en donde el potencial es negativo; de suerte que se verifica lo mismo que cuando se unen las armaduras de un condensador; pero en el caso presente, la descarga es continua, y podemos por lo tanto comparar la pila con un condensador que se cargue expontáneamente y de un modo continuo. Se llama corriente eléctrica el fenómeno ·resultante de la transmision eléctrica ~ontinua de un polo á otro de la pila. La corriente se engendra solo en el instante en que se establece esta comunicacion, lo cual se representa diciendo que el circuito está 'cerrado. INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. UNIDADES DE INTENSIDAD ABSOLUTA Y UNIDAD PRÁCTICA (ampere).- Se llama intensidad de la GOrriente eléctrica la cantidad de electricidad que pasa, durante la unidad de tiempo, entre dos secciones de los reóforos de la pila. Esta uni~ad (centímetro-gramo-segundo) se define por medio de una fórmula que daremos á conocer más adelante, y se la llama unidad C. G. S. ó unidad absoluta de la corriente. En la práctica se emplea otra unidad mu-

cho más fácil, que se toma igual á -

1 -

de uni-

dad C. G. S. y se la llama ampere. Así, pues, las intensidades de la corriente se evaluan en amperes, al igual que las capacidades en farands, los potenciales en volts, y las cantidades de electricidad en coulombs. lNVENCION DE LA PILA VOLTÁICA.-Experimentos de Galvani.-A Galvani se debe el experimento fundamental de la electricidad dinámica ó galvanismo. Para repetir este experimento se desuella

JIÍSICA INDUSTRIAL

una rana viva, se la corta por debajo de los arrollo de la electricidad por el contacto de miembros anteriores, como si digeramos por los metales. Citaremos los tres siguientes, que los sobacos (fig. 8), y se le descubren los ner- son fundamentales. vios lom bares situados á cada lado de la cor. º Se toma un sistema de dos placas eslumna vertebral, en forma de hilos blancos. trechas, una de plata ó de cobre y otra de Se toma un arco metálico formado por los zinc, soldadas por un extremo; se apoya un metales zinc y cobre, y, pasando uno de ellos dedo en el disco superior del electrómetro - por entre uno de los nérvios y la columna (figura 9); luego, tomando el zinc con la otra vertebral, se tocan los músculos de uno de mano, ligeramente mojada con agua acidulalos muslos ó pantorrillas con el ot~o metal. A da, se toca el disco inferior con el cobre. Corcada contacto, los músculos se contraen como tando inmediatamente las comunicaciones y si no hubiesen perdido la vitalidad. quitando el disco superior, se observa que los Desde 1780 habia ya producido Galvani, panes de oro divergen (fig. 10), lo cual decon la electricidad de las máquinas eléctricas, muestra que están electrizados, y esta electriconmociones análogas en ranas muertas, por cidad es negativa. · esto atribuyó el fenómeno á la existencia de 2. Tomando el extremo cobre con la una electricidad inherente al animal, y su- mano, y tocando el disco cobre del electrópuso : I. º que esta electricidad se desarrollaba metro con el extremo zinc, no observó ninal contacto de los nervios y de los músculos, gun signo de electrizacion. y les cargaba como las armaduras de la bote3. Si se repite este experimento interpolla de Leyden; 2. que el arco metálico sólo niendo entre el disco y la placa de zinc una servia de excitador para producir la desc:;i.rga rodela de paño mojada con agua acidulada, el y la contraccion. disco se carga positivamente. A esta electricidad nueva se la Ilamójlúido Del primer experimento dedujo Volta que vital; tambien se la denominó electrlcidad de_lcontacto:del zinc y del cobre nace una fueranimal y flúido galvánico. Varios fueron los 1a electro-motri1 , y en virtud de esta el zinc . hombres eminentes, en particular los fisiolo - se carga de electricidad positiva y el cobre de gistas, que adoptaron la teoría de Galvani; electricidad negativa. más, tambien -tuvo sus contradictores, entre El segundo experimento fué, segun Volta, los cuales, el más ardiente fué Volta, profe- una confirmacion del primero; por encontrarsor de Física en Pavía, y muy conocido por se los dos extremos de la placa de zinc en la invencion del electróforo, del electrómetro contacto con el cobre, debian forzosamente condensador y del eudiómetro. producirse dos fuerzas electro-motrices opuesExpert"mentos de Volta . - Galvani dirigió tas, cuya suma algebraica es nula. exclusivamente su atencion hácia los nervios En el tercer experimento nace · una fuerza y los músculos de la rana; la de Volta lo fué electro-motriz al contacto del cobre con el hácia los metales que sirven para establecer la zinc; este último metal se electriza positivacomunicacion. A estos metales atribuyó Volta mente y no obrando la rodela acidulada más el desarrollo del fenómeno, fundándose en el que como conductor, transmite al disco la hecho de que la contraccion muscular es mu- electricidad del zinc. cho más enérgica cuando el arco metálico está Nuevos experimentos de Galvani.-A su formado por dos metales heterogéneos· que vez Galvani combatió esta teoria de Volta, cuando es de un solo metal. Así, supone: 1. verificando nuevos experimentos, y de ellos que es ~u c·o ntacto el que produce electrici- reseñaremos los principales: dad; 2. º que los órganos del ap.imal desemI. º Demostró que no era indispensable el peñan solo el papel secundario de conductor, contacto de dos metales para la produccion y, al propio tiempo, de electroscopo muy del fenómeno, puesto que obtuvo contracciosensible. nes colocando en un baño de mercurio puro Con el electrómetro condensador de su in- una rana muerta reden preparada. vencion, practicó Volta un sin número de ex- 1 . 2. º Demostró igualmente que, poniendo en perimentos con el objeto de demostrar el des- contacto los nervios lumbares dé la rana con 0

CAUDALES DH ELÉCTlUCIDAil

sus músculos crurales, se producia una viva contraccion. En este último experimento, los metales, corno se vé, no desempeñan ninguna rnision. 3. º Terminó haciendo intervenir únicamente en sus experimentos substancias homogéneas. Colocó sobre un disco de vidrio un muslo de rana provisto de su nervio lumbar, y á su lado otro muslo dispuesto del mismo modo; colocando luego el nervio del segundo muslo sobre el del primero, de tal modo, que en el contacto solo hubiese substancia nerviosa; al establecer contacto entre los dos muslos, obtuvo 1:1na fuerte coi1traccion. La existencia de la electricidad animal quedó así plenamente demostrada. Entre los físicos-que han continuado el estudio de este fenómeno podernos citar á Matteucci, quien le ha dado el nombre de corriente)ropia de la rana. Teoria del contacto de Volta.-A pesar de estas demostraciones, insistió Volta en refutar la electricidad animal y suponer exclusivamente la fuerza electro-motriz de contacto. Negaba, además, la realjdad del último experimento de Galvani, y explicaba los dos primeros, extendiendo á dos substancias heteró-_ geneas cualesquiera su hipótesis sobre el contacto de dos metales. Con esto formuló su teoria del contacto en los tres principios siguientes: 1. º El contacto de dos cuerpos heterogéneos produce una fuer 1a llamada electro-motriz., que no tan sólo descompone una parte de la electricidad natural de los cuerpos, si que tam bien se opone á la recom posicióf! de las electricidades contrarias puestas en libertad en los dos cuerpos, de modo que, á pesar del contacto, permanece la una electrizada positivamente y negativamente la otra. 2.° Cuando dos substancias heterogéneas que están en contacto se cargan de electricidades contrarias, la diferencia algebrái'ca de sus tensiones eléctricas, ó como se dice hoy dia, de sus potenciales, es constante, sea cual fuere la tension primitiva en cada uno de ellos. Así, supongamos dos discos zinc y cobre puestos en contacto y aislados ambos; si representarnos por+ V la tension ó el poten-. cial que torna la electricidad positiva en el

39 1

zinc, y por V la tension de la electricidad negatiya en el cobre, la diferencia algebráica será 2 V. Si se hubiese antes comunicado al sistema zinc-cobre u_n potencial v, positivo ó negativo, la diferencia de potenciales resultantes del contacto sería: (V+ v) - (V + v)

Esta cantidad 2 V, independiente del estado eléctrico anterior de los dosmetal es, representa y mide la fuerza electro-motriz que se desarrolla por su contacto. Mas adelante ·dernostraremos la identidad entre la fuerza electro-motriz . y la diferencia de potenciales, tal como se las define hoy dia. 3. Al formar una cadena contínua con varios metales heterogéneos soldados por sus -puntas, la diferencia algebraica de las tensio.:. nes, es decir de los potenciales, en los dos elementos extremos, es igual á la suma de las diferencias análogas en los elementos intermedios que estén en contacto. Completó Volta esta teoria demostrando los dos hechos siguientes: 1. La fuerza electro-motriz con las substancias que están en contacto; así, dividió los cuerpos en buenos electro-motores y en poco electro-motores. En la primera clase se encuentran los metales y el carbon bien calcinado; en la segunda, los líquidos y los cuerpos no metálicos. Los · metales no son todos igualmente buenos electro-motores; el zinc y el co~re soldados entre sí constituyen dos de los mejores electro-motores. 2. º El signo de las electricidades separadas depende de la naturaleza de las substancias que están en contacto. El plomo, por ejemplo, se carga positivamente al contacto con los alcaJis, y negativamente _al contacto con los ácidos, mientras que el platino se carga positivamente ·al contacto con los ácidos. T.HORIA QUÍMICA.-La teoria del contacto, al igual que la de Galvani, tuvo tambien sus contradictores, entre ellos Fabroni, contemporáneo de Volta, el cual no atribuía la fuerza electro-motriz, ni al contacto de los nervios y de los músculos, como Galvani, ni al contacto de los metales heterogéne.os, como Volta, sino al contacto del me.tal y del líquido orgánico acidulado que impregnaba los tejidos animales; parn él, la reaccion química que se 0

FÍSICA INDUSTRIAL 39 2 resolvía entre el liquido y el metal era la que La pila de corona es muy larga de montar, producía la separacion de los flúidos. En esto por esto, para simplificar la operacion, se fijan consiste la teoría química de la fuerza electro- los pares á una barra de madera (fig. 13) y se motriz, admitida por Faraday, de La Rive y les sumerge en una_caja dividida en comparBecquerel, quienes rechazaron por completo timientos iguales y aislados, cada uno de los la teoría del contacto. Hoy día, á la par que cuales recibe una placa de zinc y la placa de se admite el origen químico de la fuerza elec- cobre del par siguiente. En 1806 el Insti~uto tro-motriz, se considera tambien como bien real de Lóndres estableció un sistema con 200 demostrado que el contacto de dos metales cajas, que formaban un total de 2,000 pares. engendra, en ambos lados de la superficie de Esta pila, cé1ebre por los experimentos de contacto, una diferencia de potencial que per- Oavy, estaba situada en un sótano, cuya bómanece constante, cualqueira que sea el estado veda atravesavan los reóforos, para que los general del circuito; y la produccion de electri- gases y los vapores ácidos producidos por tan cidad en la pila se , es plica por la teoría sinté- considerable número de elementos no incomotica desarrollada al principio del capítulo. dase. Children construyó por este mismo sisMODIFICACIONES DE LA PILA DE VoLTA.-La tema, una pila muy notable por la intensidad pila de columna presenta varios inconve- de sus efectos, compuesta de 20 pares de un nientes, como son, la lentitud en la montura, metro cuadrado de superficie cadá uno. y desalojarse el líquido de las rodelas por el PILA DE Wo11AsTON.--Comprendiendo Wogran peso de los discos. Por esto se han ideado llaston la gran ventaja que podría obtenerse · varias disposiciones que hiciesen el aparato dando mucha mayor superficie al cobre que más cómodo y aumentasen al propio tiempo la al zinc, curvó la placa de cobre C (fig. 15) de energía. modo que rodease la placa de zinc Z, que está PILA DE ARTESA DE CRUIKSHANK.-En esta soldada al cobre o del elemento siguiente. El pila (fig. 11) los pares, formados por dos pla- cobre está hendido por debajo para facilitar cas rectangulares de zinc y cobre aplicadas y la circulacion del Jíquido. La fig. 14 representa soldadas una con otra, se colocan paralela- el conjunto del aparato, compuesto de 16 pamente en una caja de madera, formando com- res, formando dos filas fijas á un bastidor K de partimientos iguales, que se aislan con una madera,fácil de subiry bajar segun convenga. pasta resinosa. Estos compartimientos se llenan La fig. 16 representa una seccion vertical de con agua acidulada, y las placas de cobre, pro- dos de estos pares. Al bajarles, cada uno de vistas de hilos reóforos, reciben las electri- ellos se sumerge en un vaso lleno de agua aci • cidades de los elementos extremos, siendo la positiva la que sale del zinc. Cuando no deba dulada, compuesta de 1 ~ de ácido sulfúrico funcionar la pila se saca el agua acidulada y 1 y - - de ácido nítrico en peso. se lavan bien los pares con agua clara. 20 PILA DE CORONA.-Cada par de esta pila, PILA DE HÉLICE DE HARE.-Cuandosenecesiimaginada por Volta, se compone de una hoja tan elementos de superficie muy grandese poformada de cobre e y de zinc -i (fig. 12) solda- drá emplear lapt'la de hélice(fig. 17). Para consdas entre sí en o y doblada en forma de O. truir un par de esta pila, se árrollan una placa Una série de vasos, colocados unos á conti- de zinc y otra de cobre en forma de espiral , nuacion de otros, contienen agua acidulada, al rededor de un cilindro de maderar, r, sey cada uno de ellos recibe un brazo cobre y parándolas con paño ó con mimbres. Las dos un brazo zinc correspondientes á dos pares caras de la placa de zinc se encuentran así en contiguos. Estos brazos no se tocan y sólo se frente del cobre, y recíprocamente, como se comunican por el agua acidulada. Las electri- ve en la seccion transversal o r, en la cual la cidades que se acumulan en los vasos extre- raya gruésa representa el zinc. Para que este mos pasan por unas placas de cobre á unos par funcione, se le sumerge en un recipiente hilos reóforos. Con cien de estos pares se ex- lleno de agua acidulada. Las placas de zinc y de perimentan conmociones muy fuertes, al su- cobre llevan hilos reóforos/, j'. En o se enmergir los dedos en los vasos extremos. cuentra el contacto de los dos metales; la placa

CAUDALES DE ELECTRICIDAD de cobre c está destinada, segun la teoria de Volta, á tomar la electricidad del zinc, pasando á aquella á través del agua acidulada. Para reunir varios pares, se ponen en comunicacion por medio de an_c has placas de cobre, el zinc de cada uno de ellos con. el cobre del par siguiente. Estos pares están fijos á unas barras de madera, fáciles de suqir y bajar por medio de un torno dispuesto en la parte superior. _ Hare construyó otro aparato semejante que llamó calorlmotor ó deflagrador, á causa de la intensidad de sus efectos caloríficos: Pouillet construyó para la facultad de ciencias de París, una pila de hélice de 12 pares, cuyas placas tienen d_e 5 á 6 metros cuadrados de superficie. Estos pares están fijos y los recipi~ntes, llenos de agua acidulada, descansan en un tablonado que sube y baja por medio de cadenas. · PILA DE YouNG.-Esta pila, cuyo principio se debe á Faraday, se compone de placas de zinc y de cobre recortadas y dobladas como representa en 1 1' y c, c' la fig. rS. La parte negra representa el cobre. Cada placa de zinc tiene un apéndice o soldado á otro apéndice semejante de la placa de cobre siguiente. Estas placas se introducen unas en otras, de suerte que cada zinc se encuentre entre dos cobres y recíprocamente; de este modo 50 pares ocupan sólo una extension de 2 5 centímetros de lado. En A se ve el conjunto de esta pila, que se sumerge entera en una sola caja. PILA DE Mu1'fCKE.-Es esta pila más sencilla que la anterior, y en ella las placas de zinc y de cobre, cuya seccion horizontal se ve en c 1 c' {' (fig. 19) están soldadas en sentido vertical y curvadas en forma de U; están sostenidas por arriba y por abajo con barras de madera, como se ve en la figura de conjunto. Tanto_ esta pila como la anterior permiten reunir un gran número de elementos en poco volúmen. PILA DE CERSTED. - En esta pila, uno de los metales forma el vaso que contiene el agua acidulada. Los vasos estrechos de cobre c, c, c, c' (fig. 20), son los que contienen este líquido, en el cual se sumergen, sin tocar el co- · bre, las placas de zir{c 1, 1 , 1 , 1'. Cada vaso comunica con el zinc del vaso siguiente por medio de ganchos que se iutroducen en los FÍSICA lND.

393

vasitos de hierro n, n' llenos de mercurio. Basta subir ó bajar la barra de madera B, B', á que están fijas las placas de zinc para que funcione ó esté en reposo la pila. BATÉRÍAS VOLTÁICAS. - Reuniendo varias pilas semejantes, se forma una batería voltáica ó batería galvánica. En esto hay dos modos de procede'!. Se ponen las pilas unas á continuacion 1. º de otras, de modo que todos los polos positivos miren á un lado, y se unen por medio de arcos metálicos los polos contiguos. En A (fig. 21) se ve el modo como se ejecuta esta union en pilas de artesa; los arcos A terminan en placas sumergidas en los compartimientos extremos de los cajones contiguos. El conjunto constituye entonces una pila con un número de pares igual á la suma de los pares de todas las cajas. En este caso se dice que la batería está montada en tension ó en série. 2. º Se colocan pilas iguales, paralelamente unas al lado de otras, de modo que el zinc esté en todas á un mismo lado y se ponen en comunicacion ·entre sí todos los polos positivos, y entre sí todos los negativos, por medio de arcos metálicos. En r se ve un arco semejante que une los polos de igual nombr~ de las cajas paralelas a, b, c. Asi se obtiene una pila d:1 igual núi:nero de pares en cada caja, pero que tienen una sµperficie triple de la de cada elemento de una de las cajas. En este caso se dice que la batería está montada en cantidad, por aumentar la cantidad de electricidad producida con el grandor de los elementos. PILAS sEcAs.-Como el líquido que entra en la composicion de la pila presenta grandes inconvenientes, se ha procurado substituirle por un conductor seco no metálico; pero con esto las pilas que se obtienen soñ muy débiles. Hicieron los primeros ensayos de esta clase de pilas Hachette y Desarmes, en 1802, empleando discos delgados de zinc y de cobre, que separaban con una capa de cola de almi,fon. Biot sustituyó la cola por discos de salitre fundido. Deluc formó despues pilas se- . cas con discos muy delgados de zinc y de papel cobreado, bien comprimidos unos con otros, y el papel constituía así el conductor intermediario entre los metales. T.

ll.-50

394

FÍSICA INDUSTRIAL

En 1812, Zamboni construyó las pilas secas que llevan su nombre. Se forman estas pilas pegando una hoja de estaño sobre una hoja de papel humedecido, y á la otra cara se hace adherir peróxido de manganeso en polvo, frotándole con una muñeca. A veces se impregna el papel de-aceite, de miel, de le, che, de agua ligeramente salada, de esencia de trementina ... etc., entonces la pila es más enérgica al principio , pero pierde rápidamente su energía. Preparadas varias hojas como hemos dicho antes, se las va colocando unas sobre otras de modo que el est&fío esté en todas á un mismo lado. Se van recortando estos grupos de hojas en forma de discos de unos 25 milímetros de diámetro que se sobreponen en el mismo órden, de modo que el estaño de cada disco esté en contacto con el manganeso del siguiente. Apiladas que estén 1,200 ó 1,800 hojas, se coloca en los extremos de esta pila unos discos de cobre y de zinc y el todo se consolida con cordeles de seda, que establecen mejor contacto. Al disco de cobre que está en contacto con el manganeso corresponde el polo positivo; el disco del otro extremo, ó polo estaño, es el polo negativo. Se sumerge luego la pila en azufre ó goma laca tundida, con lo cual se reviste de una capa de esta substancia que la preserva del contacto del aire. Las pilas secas pueden funcionar de un modo contínuo por espacio de algunos años. Su energía depende, en gran parte, de la tempera:tq.ra y del estado higrométrico del aire; así será mayor aquella en verano que en invierno, y un calor intenso podrá reanimarla en cuanto tienda á debilitarse. Una pila seca de 2,000 pares no produce ni conmocion ni chispa, pero podrá cargar una botella de Leyden y los demás condensadores. De todos modos, necesita mucho tiempo para ello, puesto que, por ser la pila poco conductiva, la electricidad se mueve con mucha lentitud en su interior. Peltier y Delezeune construyeron pilas secas con grandes elementos , que producían conmociones, chispas y varios efectos químicos. Delezeune apilaba hojas de papel cobreado y papel estañado, de modo que el cobre apoyase en el estaño; o bien hojas estañadas por una cara é impregnada la otra con una

capa de peróxido de manganeso aplicado con cola de gelatina. Una pila de 300 pares, convenientemente comprimidos y cuyo papel sea convenientement e húmedo, produce conmociones, descompone el agua y desvía la aguja de un 1:eómetro, cuyos efectos disminu. yen á medida que la pila pierde su humedad. APLICACIONES.- Con las pilas s·ecas se producen varios efectos de atraccion y de repulsion eléctrica, de los cuales bastará que citemos un ejemplo. Se disponen verticalmente dos pilas de Zamboni ab, cd (fig. 22), cuyos polos estén opuestos, y cuyas bases comuniquen entre sí. El péndulo on, cuya bola aislada toca alternativamente los botones electrizados a y e, oscila contínuamente de uno á otro. Électróscopo de Bohnenberger. - Este aparato es una especie de electróscopo de panes de oro de una gran sensibilidad. Consiste en dos pilas secas idénticas a y b (fig. 23) que comunican por su base. Entre los polos opuestos a y b está suspendido un pan de oro o que permanece en equilibrio cuando no está electrizado. Este equilibrio es instable, b3stando la inercia del aire para conservarle á causa de la insignificante masa del pan de oro; más así que recibe la electricidad de la bola B, se inclina hácia el boton que contiene la electricidad contraria, y da á conocer así inmediatamente el signo de la electricidad que pasa por B. Diagómetro de Ronsseau . - Este instrumento (fig. 24) sirve para comparar la conductibilidad de los líquidos; n s es una delicada aguja imantada que gira sobre una punta aislada o. El conductor o e sostiene un vasito e y un disco metálico r. Se orienta el aparato de modo que los discos n y r estén en contacto y se pone en comunicacion el polo de una pila seca sin aislar P con el líquido del vasito e. Si este líquido es buen conductor, la electricidad le atraviesa, los discos n y r se repelen y 3lcanzan la máxima desviacion. Más si el líquido es un conductor imperfecto, la desviacion aumenta poco á poco, se van observando sus aumentos en un círculo graduado y el tiempo que emplea la aguja en alcanzar el máximo dará una idea de la conductibilidad del líquido.

CAPÍTULO I-1

Conductibilidad eléctrica. - Leyes de Pouillet.Fórmula de Ohm.

La experiencia demuestra que la intensidad de una corriente eléctrica varia al modificarse el circuíto cerrado recorrido por ~sta corriente. Dada una pila, supuesta constante, la intensidad de la corriente que t, suministra, es decir la cantidad~ de electricidad que circula, en un segundo, por el circuíto metálico exterior, depende de las substancia, de la seccion y de la longitud de este circuíto. El estudio de las relaciones que existen entre la intensidad de una corriente y los elementos del circuíto constituye el problema de la conducUbilidad eléctrica. Este problema se ha resuelto por dos métodos distintos: 1. El método experimental, aplicado por Pouillet, que ha conducido á la~ leyes experimentales de Pouillet; 2. El mé_todo analítico, método a priori, aplicado por Ohm, que ha conducido á las leyes de la conductibilidad eléctrica, comprendidas en la fórmula de Ohm. Estos resultados concuerdan perfectamente con los del método experimental, y además est~n confirmados por las leyes de Pouillet, y recíprocamente. DEFINICIONES PRELIMINARES.-1. Ley de los conductores equivalentes. - Si se unen los dos ONDUCTIBILIDAD ELÉCTRICA . -

polos de una pila por un circuito metálico, llamado circuito interpolar, se observará en un reómetro cualquiera (brújula ó _voltámetro), que la corriente tiene cierta intensidad. Ya sabemos que la palabra reómetro significa instrumento que mide la intensidad de las corrientes. Si aumentamos la longitud del circuito, ó en vez de un hilo grueso ponemos un hilo fino, veremos que la intensidad I de la corriente disminuye notablemente, y se convierte en 1 '< I. Esta disminucion es incomparablemente mayor si se sustituye una pequeña porcion de circuito metálico por una columna de un líquido conductor. Antes que Pouillet, fué Davy el primero que comparó los_ varios conductores bajo el punto de vista de la disminucion que motivan en la intensidad de una corriente, al introducirlos en el circuito interpolar. Con esto dedujo la siguiente ley, llamada ley de los conductores equivalentes. La disminucion producida por dos conductores de igual substancia, introducidos sucesivamente en un mismo circuito, es la misma cuando sus longitudesy sus secciones estén en la misma relacion, es decir, cuando se tenga

(r)

y,-7

FÍSICA INDUSTRIAL En cuyo caso se dice que estos dos hilos son equivalentes. 2. º Longitud reducida. -Si, por ejemplo, el segundo hilo que se introduzca tiene una seccion igual á la unidad de superficie, ó sea I milímetro cuadrado, de la fórmula (1) se deduce que habrá que darle una longitud l A= - , para que sea equivalente al primer s

hilo, A es lo que se llama la longitud reducida . del hilo (l, s). _ Dada una série de hilos (l, s), (l', s '), (l", s" ) ..... de substancias distintas, se ·obtendrán inmediatamente sus longitudes reduct'das poniendo A, _:_!::__ - s'

)." =s"- .. ...

)., A', ;.." representan las longitudes de los hilos, de secdon 1, equivalentes á los hilos considerados y de igual substancia que estos hilos. 3. Resistenct'as . - Como no es posible comparar estas longitudes reducidas por ser de substancias distintas, se las hace comparables entre sí reduciéndolas todas á longitudes de una misma substancia, que se toma como término de comparacion. Sea un hilo (l, s), de una substancia cualquiera, de cobre, por ejemplo. Ante todo, buscaremos la longitud de una columna de mercurio de 1 milímetro cuadrado de seccion que le sea . equivalente. En vez de encontrar 0

_!_ como longitud de columna de mercuno s

equivalente, hallaríamos _l_, en donde e es es cierto coeficiente. Llamando r á esta longitud . se t en dra: l' ' r = -, d e mercuno, es Para otro hilo (l' s') de la misma substanl' da, obtendremos r ' = - -, en cuya igualdad es el coeficíente e será el mismo, puesto que sólo depende de la substancia. Para un hilo (l s) de otra substancia, enl contraremos r, Los coeficientes r., e, s r,' ... .. se llaman longitudes reducidas á mercurio, ó tambien resistenct'as de los hilos (l, s), U' s').

= --.

Coeficlente de conductibilidad. - A las constantes e, e,, .... se las llaman coeficientes de cpnductibilidad del cobre, ó del metal que se emplee. Si se buscase la longitud reducida á mercurio de un hilo de cobre de seccion . 1 y de longitud

se hallaria , .

· _!._. e

Por consiguiente, la longitud , de la columna de mercurio equivalente, varía en razon inversa de este coeficiente e; desde luego, este es característico de la conductibilidad de la substancia, y de ahí su nombre. Leyes de la resistencia.-Segun la fórmula anterior, se ve que la longitud reduct'da á mercurio ó la resistencia de un conductor metálico es: 1. º Proporcional á la 'longitud l. 2. Inversamente proporcional á la seccionJ. 3. Inversamente proporcional al coeficiente de conductibilidad. UNIDADES DE RESISTENCIA ELÉCTRICA: UNIDAD ABSOLUTA y UNIDAD PRÁCTICA (ohm).~ Por. medio cie una fórmula de definicion que más adelante indicaremos, la resistencia eléctrica se reduce á las unidades fundamentales: centímetro-grado-segundo. La unidad de resistencia así definida se llama unidad absoluta ó unidad C. -G. · S. Como esta unidad es extraordinariamente pequeña, se emplea en la práctica una unidad secundaria que vale cien millones de unidades absolutas, á la cual se llama ohm. Todas las resistencias se evaluan en ohm, como las ,capacidades en /orads, los potenciales en volts y las cantidades de electricidad en coulombs. El ohm, como el metro, se ha podido realizar materialment.e, así se ha construido un ohm-tipo, al igual que -el metro-tipo. El' ohm-tipo es exactamente igual á la resistencia á oº de una columna de mercurio de 1 milímetro cuadrado de seccion y I' 106 metros de longitud. La resistencia de un ohm es, á poca diferencia, la de 100 metros de alambre telegráfico de hierro (4 milímetros de diámetro) ó tambien la de 48 metros de alambre de cobre de 1 milímetro de diámetro. EXPERIMENTOS DE PoUILLET.-LEYES DE LAS CORRIENTES TERMO-ELÉCTRICAS, -En sus experimentos, empleó Pouillet dos clases de pilas: 0

I /

CGNDUCTIBilIDAD ELÉCTRICA

Aquellas cuya energía se conserva por consumo de calórico (pilas termo-eléctricas); Aquellas cuya energía proviene de una 2. acción química con produccjon de calórico; que son las pilas ordinarias, llamadas por Pouillet hi'dro-eléctrlcas. Como ejemplo de pila termo-eléctrica, citaremos la misma que empleaba Pouillet. Pre_paró varios cilindros de bismuto idénticos, curvados en forma de sifon, que afectasen la forma de U invertida (fig. 25). A sus extremos C y B soldó dos hilos de cobre grueso y cortos C E y B D, y sumergió_ ambas soldaduras •en dos vasos G y F, mantenido uno de ellos á oº y á 100° el otro. Es claro que los efectos de cada uno de estos elementos deberán se.r sensiblemente los mismos, y experimentalmente se demuestra que, en un mismo circuito, darán una misma corriente de intensidad casi invariable. Así, estarán c~racterizados por un mismo valor de fuerza electromotriz. Entre las pilas cuya energía depende de la accion química, una de las más regulares es la de Daniell, de que ya trataremos, formada esencialmente de una placa de cobre sumergida en sulfato de cobre y de una placa de zinc amalgamado que se sumerge eu sulfato de ztnc; ambos líquidos están separados por un vaso poroso. Constituida la pila en esta forma, no podrá resolverse ninguna accion química al encontrarse aislados sus dos polos; más, así que se cierre el circuito exterior, se disuelve necesariamente cierta cantidad de zinc, y una cantidad equivalente de cobre se deposita en la placa de cobre; así, para el consumo de energía de la corriente, se podrá disponer de una cantidad de calórico igual á la diferencia de los calóricos de disolución del zinc y del cobre en el ácido sulfúrico (24,000 á 26,000 calorias por equivalente, segun la concentracion de los licores). Sin entrar en más detalles sobre los fenómenos á que da lugar esta pila, nos limitaremos á describir la forma que le ha dado Thomson, apropiada muy particularmente á la clase de mediciones que vamos á efectuar. El recipiente A, de gutaperchi;·, (ílg. 26,) muy ancho y muy plano, recibe primero una pJaca de cobre C, que se cubre con cristales de sulfato de cobre y de una disolucion conI. º 0

397

centrada ele esta misma sal; encima, se coloca un papel apergaminado que se ahueca y vierte en él una disolucion de sulfato de zinc, y encima va una rejilla Z sostenida por los bordes del vaso A. Al exterior, el cobre es el polo positivo de esta pila. _Para el caso de las pilas termo-eléctricas, eligió PouilleLdos elementos de igual naturaleza que los que acabamos de describir (fig. 25) y cerró los dos circuitos con hilos metálicos diferentes, produciéndose así corrientes desiguales; comparó estas corrientes, y con el fin de poder estudiar separadamente las varias causas que las modifican, vadó sucesivamente: 1.º la longitud; 2. la seccion; 3. la materia de los conductores. 1. º Unamos los dos polos del elemento n. º 1 por un hilo de cobre de longitud l,, y los del elemento n. º 2 por un segundo hilo de igual naturaleza, de igual seccion y de igual longitud l.; arrollemos estos hilos en sentido contrario sobre el cuadrante de un galvanómetro, pero de modo que el número de vueltas sea proporcional á l, para el primero y á para el segundo. Las acciones ejercidas en la aguja serán opuestas y proporcionales á los productos de las ira.tep.sidades y ya I, y I, por el número de vueltas l, y sabemo$ por experiencia que se destruyen y que no se produce desviacion en el galvanómetro. Así, tendremos: 8

z.,

I, l,

= I, l ,

ó lo que es lo mismo: I,

-r;-T, Por consjguiente, las intensidades de las corrientes engendradas por un par termoeléctrico, están en igualdad de circunstancias, en razon inversa de las longitudes del círculo. Repitamos el mismo experimento con 2. dos hilos de igual natura,leza, de igual longitud, pero cuyas secciones s,, s. sean distintas, y estén enrollados del mismo modo en el cuadrante; en esta forma encontraremos que, para que las dos acciones ejercidas en la aguja sean iguales, es indispensable que el número de vueltas sea proporcional á s. para el primero y á s, para el segundo, y se tiene: 0

FÍSICA INDUSTRIAL

I, s, ó bien

= I, s,

Si los dos hilos son de igual naturaleza, la condicion de equivalep.cia se reduce á

y, que es la ley de Davy. Becquerel la esLas intensidades son, pues, en igualdad de tablecia directamente poniendo en comunicacircunstancias, proporcionales á las secciones cion el polo positivo de una pila con dos condel circuito. ductores Pa, Pb (fig. 27) que unia á los dos 3.° Falta tan solo variar la naturaleza del hilos de un galva.qómetro diferencial. La corhilo, esto es, cerrar ~1 circu~to de los dos ele- riente total se dividía por ellos y efectuando mentos con hilos conductores iguales en lon- el retorno por v' y b' continuaba por un ragitud y en seccion, pero de materias distintas. mal único C N hasta el polo negativo N. U no En este caso las intensidades son tambien cualquiera de los hilos Pa ó Pb se alargaba ó desiguales y proporcionales á una constante disminuía hasta obtener uná accion galvanoespecífica k. La fórmula de la intensidad es: métrica nula, y al llegar allí se deducia que los dos conductores eran equivalentes. Si suponemos K' = r, s' = 1, Z' = R, la relacion anterior se convierte en k es el coeficiente de conductibilidad del me1 ks tal que constituye el conductor, y se le conoR' cerá numéricamente, refiriendo esta conductibilidad á la de un metal convenido, el cobre que quiere decir que podrá sustituirse siempuro ó el mercurio. E sólo depende del ele- pre un hilo k, s, l por un hilo normal cuya mento, de la naturaleza de los metales que ·1e conductibilidad y seccion sean iguales á la componen y de la diferencia de temperatura unidad y la long~tud á R, mientras se tenga que exista entre las dos soldaduras; esta es la l intensidad de la corriente cuando k, s y l son R=-k-. s iguales á la unidad. A E se la puede llamar la fuer 1a electro-motri1 del par-; con cuya A R se la llama la longitud reducida del . expresion, solo representamos, por el mo- conductor. Así, la fórmula que representa la mento, cierta constante característica. intensidad de la corriente será Cuando los dos hilos que unen los extreE mos de un mismo par, tienen sus longitudes (2) l=R' l, l', sus secciones s, s', y sus conductibilidades k, k', distintas, las intensidades son, en fórmula que demuestra que la intensidad está ambos casos: en razon inversa de la longitud reducida R, y por esto á R se la llama tambien la resistencia del conductor. Las fórmulas (r) y (2) resumen todas las y son iguales si los dos hilos son tales que se leye_s de las corrientes engendradas por un tenga: par termo-eléctrico; las constantes E y R desempeñan precisamente la misma funcion que ks k' s' --¡,la fuerza electro-motriz y la--· resistencia, en la expresion electrostática de la ley de Ohm, lo Entonces uno de los hilos puede reempla- cual justifica las denominaciones que hemos zar al otro, y se dice que son equivalentes ó dado á estas dos clases de cantidades. que tienen la misma conductibilidad total. Circuitos compuestos.- Unamos los poEsta propiedad es inherente á los hilos en sí, los A y B de un -par por varios hilos sucesié independiente de la naturaleza del par, vos a, a', a", a'",. de naturaleza, de secc10n y subsistiendo aunque se les intercale en un de longitudes distintas (fig. 28). ¿ Cuál será circuito cualquiera de una cualquiera pila. la intensidad de la corriente?

-z-

C0NDUCTIB'lLIDA D ELÉCTRICA Sean k l s, k' l' s', k l" s:', ... etcétera, . los datos relativos á cada uno de los hilos a, a', a", ... etc., hilos que podremos reemplazar por sus longitudes R, R', R'', ... etc., y obtener: l 11

R '

= 7is l'

R = -'s k I

l''

R =-k ,.. "s' I/

En esta forma, el circuito se compondrá de una série de conductores de igual seccion, de igual conductibilidad y cuya longitud total será R R' R'' ... etc.; por la tanto la intensidad será:

399

termt'na por ~os dos coeficientes constantes R y E, que es lo que se llama constantes del elemento . Rest'stenct'a intert'or.-La constante R, característica del elemento, desempeña en la fórmula la misma funcion que r; por lo tanto se la puede asimilar á una resistencia propia del elemento de la pila, y se la llama rest'stencia t'ntert'or del elemento. La experiencia pru~ba, además, lo bien fundado de ésta semejanza, puesto que, modificando las superficies polares de un elemento para disminuir ó aumentar su resistencia (segun la ~órmula r

l: ),

se dismi-

nuye ó aumenta R. Fuerr_a electro-mctrt'r_. - La constante E, igualmente característica del elemento, recibe el nombre de /uerr_a electro-motrir_. Así, si la E E r) fuese suma de las dos resistencias (R I = R ·+- R-,+- R-,,-+... etc. - IR igual á la unidad de resistencia, la nueva inque es igualmente la expresion de la ley de , tensidad seria precisamente igual á E. Por consiguiente, la fuerza electro-motriz Ohm. PAR HIDRO-ELÉCTRICo.-Si por los mismos de un elemento es la intenst'dad de la corm'étodos, tratamos de conocer, las leyes de riente que sumt'nt'str(!,rÍa este elemento si la las corrientes engendradas por un par hidro~ suma de la resistencia (t'nterior y extert'or) eléctrico constante, se observa al instante que fuese t'gual á la unt'dad. la intensidad no está en razon inversa de la Esta definicion experimental da á compren· longitud reducida del circuito exterior. Cuan- der el por qué esta constante es caracterísdo R aumenta, la intensidad decrece con me- tica de la fuerza de la energía del elemento nos rapidez que lo indicado por la ley, lo cual empleado. AGRUPAMIENTO DE LAS PILAS. - Dado cierto no debe sorprender ciertamente, por cuanto la corriente no sólo atraviesa el conductor número de elementos de pila sensiblemente interpolar, si que tambien los líquidos del iguales entre sí, se les podrá reunir ó agrupar, experimentando así una resistencia á par de varios modos. Supongamos, por ejemplo, el caso de seis través de ambos: la del conductor sabemos que es R, no así la del líquido q,ue, a priori', elementos voltáicos (figs. 29, 30, 31 y 32). ignoramos si depende ó no de la intensidad Con estos seis elementos podremos formar · de la corrieate. La hipótesis más acertada que las cuatro combinaciones siguientes: Uniendo los elementos por sus polos 1. ª podremos hacer, es que es independiente de aquélla y que equivale á la resistencia de de nombre contrario, como hizo Volta, se obcierta longitud R' de un hilo normal. Desde tiene una série longitudinal única (fig. 29), luego la resistencia del circuito total será en la cual C representa el polo positivo y Z igual á R r, y la· fórmula de las intensida- el polo negativo. 2: .Se pueden formar dos séries paralelas des será:. tres pares cada una (fig. 30), reunir en de E un mismo punto los electrodps positivos. de l= R+r· las dos séries y sus electrodos negativos en CONSTANTES DE UN ELEME~T0 VOLTÁICO.- un mismo punto Z. Así se obtiene una nueva La intensidad de la corriente suministrada pila cuyos polos son C y Z. 3." Se pueden fo1'mar tres séries paralelas por un elemento voltáico cualquiera, se de-

+ +

400

FÍSICA INDUSTRIAL

de dos pares cada una (fig. 3 r) cuyos electrodos de igual nombre se unen tambien formando uno solo. 4." Se pueden unir, por último, los seis elementos como las jarras de una bateria eléctrica, es decir, uniendo todos los polos positivos entre sí, y tambien los negativos entre sí. De este modo se obtiene una nueva forma de pila, cuyo polo positivo está en C, es decir, en un punto cua}quiera de la línea de union de los seis polos positivos, y el polo negativo está en Z, en un punto cualquiera de la línea de union de los seis polos negativos. Con doce elementos se podrán hacer seis combinaciones distintas. Mas, en realidad, en estas varias combinaciones solo hay tres sistemas distintos de agrupamiento . r.º El agrupamiento por los polos contrarios empleado por Volta, llamado agrupamt'ento en série ó e"'!- tension (fig. 29). El agrupamiento por los polos de igual 2. nombre, llamado agrupami'ento en baterla ó en canti'dad (fig. 32). . 3. º Agrupamiento mt'xto en série y en tension, representado por cada una de las figuras 30 y 3 r.

Por consiguiente, para el caso de una. pila montada de un modo cualquiera ó cuando se trata de uu solo elemento, la intensidad de la corrie1~te se representa por la fórmula:

E R+r ,

I=--

E y R son las constantes de la pila. Determinándolas para cada caso, encontró valores distintos dependientes de la combinacion de los elementos. r.º Pila en sért'e E=e+e' + ... etc.=~ ( e) R=p+p' etc. = ~ (p) Si se suponen iguales los elementos, las fórmulas se convierten en:

+...

R=6p

6p+r

Pila en bateria.-Suponiendo que los elementos sean idénticos, encuentra Pouillet: 2.

R --

.f_

Por lo tanto, la fórmula es:

6e l= p+6r

3. Pila mixta.~ En general, siendo n el - Estos varios sistemas de agrupamiento número de elementos, se podrá reunir un núejercen mucha influencia en la intensidad de mero p de ellos en bateria y reunir estas bala corriente de la pila. A cada grupo corres- terias p en una série de q elementos múltiponde una fuer 1a electro-motrt'1 total y una · ples, de modo que se obtenga p q = n; en resi'stencia interior total que determinan la cuyo caso, como en los anteriores, la ley es intensidad de la corrien.te resultante. Pouillet la misma, á saber: determina en cada caso la relacion que existe I = (R + r) = I' (R' + r') = l" (R" + r'') = entre estas constantes de la pila y las cons- constante, es decir: tantes de los elementos. E I= R t r Tomó para demostrarlo seis elementos tan idénticos· como le fué posible; determinó las encontrándose así: consta,ntes para cada uno de ellos, y observó R = __i_ E=qe _y que, en general, estas constantes no eran_abo solutamente iguales, pero que se diferencia- y, por consiguiente: ban muy poco unas de otras. A estas consl=~tantes las representó por e, e:, e'', ... etc., y p, p:, "p ... etc. p r Con estos seis elementos formó una pila Para una série de tres baterias de dos eleque agrupó primero en série, luego en bateria mentos cada una, tendremos: y por último en série y en tension á la vez. En los tres casos encontró la siguiente ley general: I (R+r) = I' (R+r') CONSTANTES DE° UNA PILA HIDRO-ELÉCTRICA.

1-+

CONDUCTIBILIDAD ELÉCTRICA COMRARACION DE LOS SISTEMAS DE AGRUPA-

MIENTO.-Apoyándonos en las leyes de Pouillet y las fórmulas que las representan, será · fácil determinar cual sistema de agrupamiento será más ventajoso para un número determinado de elementos, trabajando la corriente en un circuito exterior de resistencia conocida. Paran pares de fuerza electro-motriz e, y de resistencia interior p, montados en série, la intensidad I se conocerá por la fórmula

401

motriz n e y una resistencia n p, y para k séríes montadas en batería, siendo la resistencia k veces menor, se tiene

(r)

ne n

l = ----

+¡¡·

Para calcular la intensidad I' de la corriente suministrada por los mismos pares, mon.tados en batería (fig. 31), observaremos que la pila hace el mismo efecto que un solo elemento múltt'plo, de igual fuerza electro-motriz e, pero de superficie n veces mayor, y, por consiguiente, de una resistencia n veces menor, es decir, igual á _f_ . n En este caso se tiene e

l ' =---

r _e_+ n

ne p +nr

Estas dos fórmulas podrán plantearse en esta otra forma:

ne I = ~-,--,,---,---,----,-(r p) n - I) P

+ +(

I'-

+ p )+( n- 1) r

en las cuales los numeradores son iguáles, y los denominadores tienen una parte comun (r+p). Por consiguiente, si r = p, los dos denominadores serán iguales y se tendrá I = l'; si >p, se tiene I' < I, y parar< p, resulta l' > l. Desde luego habrá ventaja en montar la pila en batería, siempre que la resistencia sea débt'l, y en série en el caso contrart'o. Re[;la general. - El efecto máxt'mo de una pt'la se obtt'ene con un agrupamt'ento tal, que la rest'stenct'a extert'or sea •t'gual á la reslstenct'a t'ntert'or. En efecto, supongamos el caso general de N elementos agrupados en k séries paralelas de n elementos cada una. Segun las leyes de Pouillet, cada série tiene una fuerza electroFfs1cA. JND.

k ne kr+np

El valor de I será evidentemente máximo cuando el denominador k r+n p sea mínimo. Si m es este mínimo, s~ le encontrará con la ecuacion

l=----

ó bien

kr+np=m en la cual k y n son dos variables cuyo producto es constante, puesto que k n=N; así, se podrá representar la una en la funcion de la otra, y se tendrá, por ejemplo, k ~.

Substituyendo este valor de k en la ecuacion (2), esta pasará á ser una ecuacion de segundo grado con relacion á n. Resolviéndola resulta: () n=...!.!!_+_I_ 3 . 2p - 2p

m-4N·rp,

Pero el valor de m 2 no puede tomarse nunca menor que 4 N r p, por cuanto -se obtendría un valor negativo debajo del radical, y el valor de n seria im~ginario; por lo tanto el menor valor que podrá darse á m • es, pues:

m• = 4N rp de donde se deduce: m=2V Nrp tal es el valor mínimo del denominador. Sustituyendo este valor de m en l.a fórmula (3) se encuentra:

n= -

-V

N rp

y, por último,

Tales son los valores de k y de n correspondientes al mínimo del denominador, y, por consiguiente, al m áxt'mo de la fraccion que representa l. Si se busca la resistencia interior R de la pila así agrupada , sustituyendo n y k por sus valores, resulta R r , es decir,

T. II. -

402

FÍSICA INDUSTRIAL

que la resistencia interior de la pila es igual á la resistencia exterior del circuito. TEORIA y FÓRMULA DE OHM. - Principio del cálculo. - Mucho antes que Pouillet, el físico aleman Ohm, había tratado ya por el cálculo el problema de la couductibilidad eléctrica. Para ello aplicó simplemente á la propagacion de la electricidad por un hilo conductor los cálculos de Fourrier relativos á la propagacion del calórico por conductibilidad. Partiendo de las mismas hipótesis, optuvo idén" ticos resultados, contenidos en la misma fórmula. Fourier trató el problema del muro, es decir, de la propagacion del calórico en un medio indefinido, sin pérdidas laterales. Ohm estudió el mismo caso, empleando en vez del muro un hilo único cuya superficie lateral estu viese perfectamente aislada, de modo que la electricidad se propagase por el interior del hilo sin pérdida lateral. Fourier suponía un muro A B, de espesor l, cuyas dos caras se mantienen á temperaturas constantes a y b. Así se producian dos períodos en! la propagacion: r. º un período de estado variable durante el cual se establecía la corriente calorífica; 2. º un período de equlfibrio móvil durante el cual la temperatura tomaba un valor constante en cada zona del muro, pero su progresion decresciente continua de a á b. La conductibilidad la estudió durante este segundo período. El problema consistía en determinar la cantidad de calórico que pasa, durante la unidad de tiempo, por cada zona del muro, una ve1 es~ablecido el régimen. Ohm siguió la misma marcha para el estudio de la propagacion de la electricidad. Sustituyó el muro por un hilo A B (fig. 33), de longitud l; las temperaturas constantes de ambas caras, las sustituyó Ohm, . por lo . que él llamaba las tensiones constan tes a y b en los dos extremos del hilo. Caida del potencial. - Sea AB un hilo metálico cualquiera de longitud l y de seccion s, que ponga en comunicacion. permanente dos conductores A y B de potenciales constantes V. y Vb, entre los dos polos de una pila, por ejemplo. Consideremos en el hilo tres zonas consecutivas t, t', t", de .espesor infinitamente pe-

queño E. De la hipótesis de Ohm resulta que, establecido el régimen, la cantidad de electricidad que la zona t transmite á la zona t', se transmite integralmente por esta á la zona siguiente t''; hipótesis que da la expresion exacta de la idea que nos formamos del régimen regular. Si v, v',v" son los potenciales sucesivos en estas tres zonas, y µ. una constante que dependa del hilo considerado, segun ·1as precedentes hipótesis, para la cantidad de el_ectricidad que pasa de t á t' durante un segundo, tendremos: q=µ. (v-v'), y para la que pasa de t' á t" q = µ. (v' - v").

Como estas cantidades son jguales, se tiene p. (v

- v')

= µ. (v' -

v"),

de donde v-v' =v'-v" y (I)

v+v"

v' = - - 2

Esta ecuacion representa un primer caso muy importante: El potencial de una 1ona cualquiera dt:d hilo conductor, es la media proporcional aritmética ae los potenciales de las dos 1onas que la comprenden. Si en los varios puntos del hilo levantamos ordenadas proporcionales á los potenciales en estos puntos, obtendremos una curva que representará la variacion del potencial, á cuya · curva se le llama la caida del potencial (figura 33). Observando la ecuacion ( 1) se ve que, en un hilo conductor cuya corriente tenga el régimen establecido, la éaida del potencial es una línea recta. Fórmula de Ohm.-La ecuacion (r) demuestra igualmente que la variacion de potenciales entre dos zonas consecutivas es constante, lo cual permite evaluar esta variacion en funcion de los potenciales de los dos extremos. Sea q la cantidad de electricidacl que atraviesa la unidad de superficie de una seccion del hilo durante un segundo. De las conside-

CONDUCTIBILIDAD ELÉCTRICA

raciones anteriores dedujo Ohm la cantidad q, representándola por la formula: q=p.E

0 -

-=r es

resulta: Q= Va-Vb r

Aplicándola á un hilo de la misma substancia, de -longitud 1 1 y para el cual la diferencia de potenciales en los extremos sea I, llamando e la cantidad _d e electricidad correspondiente, se tiene:

que es la.fórmula de Ohm. lDENTIFICACION DE LA FÓRMULA DE OHM Y DE LA FÓRMULA DE PoUILLET.-Siempre que dos ó más hilos, de metales distint9s, se sigan en el I C=p. E-=f'- E, mismo circuito, llamando a, b, c ... etc., k los I potenciales de sus extremos, _y r, r' ... etc., sus e es una constante característica del hilo , á la resistencias, se tendrá una expresion distinta cual llamó Ohm coefict'ente de conductibi- del paso de electrict'dad por cada uno de ellos. lidad. • Ya sabemos que elgasto de una pila, una vez Sustituyendo p. Epor e en la ecuacion gene- establecido el régimen permanente, es el mismo en todos los puntos de un mismo circuito. ral, resulta: · Igualando las varias expresiones de este gasto V.-Vb q=c l constante, tendremos: Si la secciones s, la cantidad de electricidad Q que atraviesa la superficie s es s veces mayor: v. - Vb -- ~l - Q -es ó bien, poniendo:

a-b Q= - - - = r

+... etc.

Como el gasto Q de electricidad durante un segundo es precisamente el que ya hemos definido como intensidad de la corriente, y además, siendo a - k la diferencia de potenct'ales de los dos polos, deberemos admitir, segun la teoría de Volta, que aquella es la fuerr,a electro-motrir, de la pila. ~ ( r) representa la suma de las resistencias del circuito; y corno las resistencias interiores . de cada elemento pueden representarse por una longitud conveniente de hilo metálico, podremos considerar ~ ( r) como representacion de la resistencia total, interior y exterior, y poner ~ (r) =R+r. Sustituyendo estos valores en la ecuacion anterior, se tendrá: E I=

R+r

que es la fórmula de Pouillet.

c-d = -,, -= ... etc. r

Haciendo la suma de los numeradores y la de los denominadores, se obtendrá una nueva fraccion, igual á cada una de las anteriores, en esta forma :

Q = (a - b) + (b _:_e)+ (e - d) + ... etc. (h ___:__ k) r+r' +r"

b-c

--s-

·a-k ~ (r)

APLICACION DE LAS FÓRMULAS DE OHM: PROBLEMA DE LA DERIV ACION. - Sea p una pila cuyos dos polos ~e unan por un circuito exterior P A B (fig. 34). Supongamos cortado el circuito por uno de sus puntos y que los dos extremos separados A y B se unan por medio de dos ó más hilos metálicos de resistencias r, r', r". El circuito formado por la pila y los hilos P A y P B se llama circuito principal, á cuya resistencia llamaremos R. Los circuitos añadidos, de resistencia r, r', ... etc. , se llaman derivaciones. La corriente de la pila que circula por los varios circuitos tiene una intensidad distinta en cada uno de ellos. La corriente considerada en el circuito. principal se llama cor riente principal; considerada en las derivaciones, se llama corriente derivada . El problema general de la derivacion con-

FÍSICA . INDUSTRIAL

siste en conocer las intensidades de la corriente principal I, y de las corrientes derivadas z, z', z", siempre que se conozcan las resistencias R, r, r' ... La solucion será más ó menos difícil segun el número de derivaciones. El caso de una derivacion, de dos derivaciones, de tres derivaciones, se resuelve fácilmente por la aplicacion directa de las fórmulas de Pouillet. Más, si se trata de cuatro derivaciones ó más, el cálculo será muy largo · y costoso de resolver, por lo cual se emplea un método especial, fundado en ciertos teoremas ó temas de Klrchho.ff, que vamos á exponer. LEYES DE KIRCHHOFP.-Consideremos un. punto A (tig. 35) en el cual se reunan un gran número de hilos y evaln(;!mos las intensidades de las corrientes, positivamente cuando la corriente se dirija al punto A, y · negativamente cuando se aleje de él. La cantidad de electricidad libre en el punto A crece de un modo limitado, por lo tanto la suma de las intensidades electrostáticas de todos los hilos reunidos en A será necesariamente nula. Lo mismo sucede con las intensidades electromagnéticas I, proporcionales á las intensidades electrostáticas. Así, para cada pllnto ó vértice se obtiene uqa ecuacion tal que:

• Si hay n vértices, A BCD E (fig. 36), se obtienen n ecuaciones (5 para el caso de esta figura), que no son necesariamente distintas. Consideremos, por ejemplo, el caso de la fig. 37. Los dos vértices C y P dan la misma ecuacion I = I'

+ I".

Apliquemos la ley de Ohm á uno cualquiera de los hilos que unen el vértice A al vértice B. La caída del potencial total á lo largo del hilo de resistencia electrostática r, atravesado por una corriente de intensidad electrostática i, es ir. Si el hilo no contiene fuerza electromotriz, elevando el potencial á uno de estos puntos y llamando v. y Vb los potenciales de los extremos, se tiene:

v.-Vb=ir más, si en un punto del hilo hay una fuerza

electro-motriz que eleve bruscamente el potencial de e, la caida dél potencial es entonces V. - Vb+ ~ y se obtiene

(2)

V.- Vb+e=ir

en cuya fórmula e podrá ser positiva, negativa ó nula segun los casos. Para la aplicacian repetida de la fórmula (2) se obtendrán otras tantas ecuaciones como hilos, p, (por ejemplo nueve en el caso de la fig . 36). Pero como ya se tenían n ecuaciones (1), el total estará representado por n p ecuaciones entre los potenciales en los n vértices, las fuerzas electro-motrices, las intensidades y las resi~tencias electrostáticas. Más, estas ecuaciones quedan reducidas á p por no haber más que pintensidades é i á determinar. Si estas son conocidas, las ecuaciones (2), en _las cuales se han dado las cantidades·~, determinarán las diferencias de potencial entre dos vértices cualesquiera; no así el valor absoluto de uno de los potenciales, v. por ejemplo, que permanece indeterminado. Este valor carac~ teriza el estado de electrizacion del sistema de· hilos, y se podrá fijar arbitrariamente poniendo el punto A en comunicacion con un caudal constante de electricidad . arbitrariamente elegido, sin que por esto se modifique la intensidad de las corrientes permanentes, que son las únicas que aquí consideramos. Las ecuaciones (2) pueden ponerse en otta forma que elimine las diferencias de potencial en los vértices. Consideremos un circuito cerrado particular cualquiera, por ejemplo, A B C 6 DE A (fig. 36) . La aplicacion repetida de las fórmulas (2) á los hilos 2, 4, 6, 8, 9 que componen este circuito, da

. (3)

En esta fórmula podemos sustituir las cantidades ir, e, evaluadas en el sistema electrostático, por las cantidades IR, E correspondientes, evaluadas en el sistema electro-magnético, por ser estas cantidades proporcionales, y tendremos:

IR ir

E e

y, por lo tanto: (4)

(IR-E)=o

'º

CONDUCTIBILIDAD ELECTRICA Podrán formarse tantas ecuaciones (4) como bien por diferencia, á la suma de las intensicircuitos cerrados haya, dados por los p hilos dades i é' i', y resulta: que terminan en los n vértices (15 en el caso I 1 t·+ t., • (4) de la fig. 36). PROBBLEMA DE SHUNT.-Se llama ordinariaSustituyendo I,, l é t" por sus valores, sacamente problema de Shunt, el caso más sen- dos de las ecuaciones anteriores, tendremos: cillo de la derivacion: el circuito se divide en V .-Vb V -Vb V.-Vb dos ramales solamente, de resistencias r y<· -----+---r r' p Sea R la resistencia del circuito principal, I, la nueva intensidad de la corriente principal, i de donde é i' las de las dos corrientes derivadas. Supongamos la derivacion representada en (5) lafig. 34, suprimiendo en ella la derivacion r''. rr' El valor del potencial en los puntos A y B es P = 1~+r' independiente del número de hilos que unen estos dos puntos, y, segun la ,ley de la caida Así se tendrá sucesivamente: del potencial, sólo depende de la distancia de r' . I estos puntos á los dos polos del caudal pro--z= r r ductor de electricidad. Llamando V. y Vb los potenciales en A y en B, se podrán deducir r i' I, --,--..,... las intensidades i, é' i' de las corriente$ en los r+r' dos hilos, y se tendrá: E I = -------,-Va-Vb • rr' (r) Í r R+ r + r

,--+ I

(2)

v. -

t'=--,r'

Además, llamando p la resistencia de un hilo único, equivalente al conjunto de r y de r', la intensidad I' del circuito principal se podrá representar igualmente por la ecuacion (3)

I, -

_y. -

de donde

v. -Vb= I,

Sustituyendo la diferencia v. valor en í é Í', se tiene:

V1, por este

. I, P t=

P i' -- I ,7

Para determinar la incógnita auxiliar p, basta observar que la intensidad I,, del circuito principal es necesariamente igual, tam-

Consecuenct'as. - r.º El circuito primitivo estaba formado por la resistencia R, más la resistencia r de una de las derivaciones: la intensidad inicial I estaba dada entonces por

la fórmula de Ohm, I = R

E r . +

Se ve, pues,

que la intensidad I, es> I, puesto que el denominador de I, es menor que el de I: luego la abertura de una' derivact'on en el drcut'to de una pt'la aumenta la lntensidad de la corriente prlnct'pal. 2. º Si se dividen miembro por miembro las dos últimas fórmulas, se tendrá: i

7- r

es decir, que las lntensldades de las dos corrientes derivadas son inversamente proporct'onales á las rest'stenct'as de las derivact'ones; la corriente principal se divide en A en dos corrientes inversamente proporcionales á las resistencias.

CAPÍTULO III

Modificación de la pila de Volta. - Pilas de corriente constante.

EBILITACION Y VARIABILIDAD DE LA

CORRIENTE

LAS

PILAS

Tanto la pila de Vol ta como las varias modificaciones ya descritas se las conoce con el nombre de pilas de un solo líquido, y presentan todas el gran inconveniente de dar corrientes cuya intensidad además de ser variable, disminuye con rapidez. Por lo tanto, si á las dos cualidades características de estas pilas, (fuerza electro-motriz y resistencia interior) las llamamos constantes, no querrá decir esto que estos _elementBs conserven constantemente el mismo valor mientras dure su funcionamiento, y sí tan solo que su valor está bien determinado para cada tipo de elementos, en el instante de cargarlas. Debido á las reacciones que se producen en el elemento voltáico, se forman inevitablemente productos secundarios (sólidos, líquidos ó gaseosos) que influyen, ya en la fuerza electro-motriz, ya en la resistencia interior, ya en ambas constantes á la vez, de lo cual proviene la variabilidad en la debilitacion de la corriente inicial. En el elemento de Volta en particular, el zinc es atacado por el agua acidulada, y se VOLTÁICAS. -

transforma en sulfato de zinc. Además como ya veremos, el agua se descompone en el interior del elemento por la corriente que la atraviesa. El hidrógeno procedente de la descomposicion sale por el polo positivo (placas de cobre) formando un depósito adherente en él, en forma de burbujitas que accionan de dos modos: La inconductibilidad de la capa de hi1. drógeno opone una resistencia más ó menos grande á la circulacion de la electricidad, resistencia que varía segun el espesor de las burbujas, lo cual hace variar igualmente la resistencia interior del elemento. 2.º Mientras se va depositando el hidrógeno en el cobre, el oxígeno pasa al zinc, y estas dos capas gaseosas constituyen un elemento especial de pila secundaria, cuya fuerza electro-motriz es inversa de la del par primario (zinc-agua acidulada-cobre). Este fenómeno, descubierto y estudiado por de la Rive, constituye la polarir_acion de los electrodos. La corriente secundaria que de ello se origina se llama corriente de polari';;adon ó corriente secundaria, y constituye la cáusa más· eficaz de debilitacion de la corriente principal ó corriente primaria. 3. La tercera causa de debilitacion,comun 0

CONDUCTIBILIDAD ELÉCTRICA á todos los elementos de pilas de zinc, depende de la iIT\pureza de este metal. El zinc ·del comercio, por más que se venda como zinc puro, contiene siempre hierro y otros metales; por lo tanto, puesto en contacto con el agua acidulada, se forman un sin número de pequeños pares locales entre el zinc y los metales menos atacables, y por lo tanto resulta un .desgaste rápido del zinc y de los restantes elementos del par, desgaste que continúa aunque no esté· cerrado el circuito y no funcione la pila. Prl.As DE CORRIENTE CONSTANTE. - Para obtener una corriente constañte, es indispensable que en el elemento de pila que se emplee, no existan esas causas de debilitacion y de variabilidad de la corriente. En primer lugar deben destruirse . las corrientes parást'tas ó secúndarias debidas al zinc impuro, empleando para ello electrodos de 1_inc puro ó de 1inc amalgamado, es decir que esté ligado con mercurio en toda ia extension de su superficie. De la Rive observó, en efecto, que el 1inc pardo no es atacado por el agua acidulada con ácido sulfúrico, mientras que el zinc del comercio lo es, destruyéndose rápidamente. El ataque del zinc puro solo tiene lugar cuando se le pone en contacto con otro electrodo de cobre ó de platino, que esté igualmente sumergid"o en agua acidulada, que es el caso de un elemento de pila voltáica. Así, un electrodo de zinc puro ofrecerá la doble ventaja de no ser ata~ cado ni g3:.stado más que cuandó esté cerrado el circuito de la pila, y no engendrará corrientes locales y secundarias mientras funcione la pila. Posteriormente se ha descubierto que el 1inc amalgamado posee la misma propiedad que el zinc puro, por lo mismo, se le emplea preferentemente, á causa de ser más fácil tambien el obtenerle. Tambien se destruyen ó se atenuan considerablemente las corrientes de polarizacion, introduciendo en el elemento de pila substancias accesorias, capaces de destruir los productos secundarios que motivan la polarizacion. Estas substancias auxiliares se llaman cuerpos despolari1adores ó simplemente despolarl1adores. A estas pilas, en las cuales se hayan · destruido estas causas principales de debilitacion

de la corriente, se las llama pilas de corriente constante. El despolarizador es generalmente un líquido; esta es la causa porque, en general, las pilas de corriente constante son pilas de dos líquidos. Tambien se las llamapllas ta·bicadas, por estar por lo comun separados los dos líquidos de cada elemento por un vaso poroso. El despolarizador puede ser tambien una substancia sólida, en cuyo caso la pila es de corriente constante y de un solo líquido. Las pilas hidro-eléctricas pueden dividirse en dos grandes categorias: 1. ª Las pilas de un solo líquido con ó sin despolari1ador sólido. 2." Las pilas de dos líquidos, uno de los cuales desempeña las funciones de despolarizador. El tipo de las pilas de un solo líquido, sin despolari1ador, es la pila de Volta. El tipo de las pilas d_e un solo líquido con despolari1ador, es la pila de Leclanché. El de las de dos líquidos, uno de los cuales sirve de despolarizador, es la pila Danie'll, que es la más constante de todas las pilas con despolarizador. PILA DE DANIELL-El elemento Daniell es el más antiguo de los de dos líquidos. En realidad fué inventado por Becquerel, que ya en 1829 indicó ·el princip{o, y posteriormente, en 1836, el físico ingles Daniell le dió forma práctica. · Prindpio del elemento Daniell.-Es un elemento Volta (zinc-agua acidulada-cobre), al que se añade, como despolariz.ador, una solucion concentrada de sulfato de cobre. Descripcion del elemento Daniell.-El polo negativo está formado por una ancha placa de 1inc amalgamado Z, que afecta la forma de cilindro abierto por las dos bases y por una de sus generatrices. Está sumergido en agua acidulada con ácido sulfúr~co, ó en agua salada, ó en una solucion de sulfato de zinc. Este primer líquido está contenido en un primer vaso de vidrio ó.de loza (fig. 38) . El polo positivo C está ·c onstituido por un cilindro de cobre, sUmergido en una solucion_ concentrada de sulfato de cobre, contenida en un vaso de tierra porosa ó de porcelana en estado que se dice de bi1cocho; este segundo vaso se coloca dentro del primero.

FÍSICA. INDUSTRIAL

.Funcion químt'ca del despolarb;_ador.-Hemos dicho que el sulfato de cobre .es el que sirve de despolarizador, y lo demostraremos diciendo que, descompuesto por el hidrógeno que · se produce en el electrodo positivo, se transforma en cobre y en ácido sulfúrico, segun la fórmula química SO" Cn+H=Cu+so•,HO El cobre reducido se deposita en el polo cobre C, en donde se forma una capa sin adherencia; libre el ácido sulfúrico, se difunde á través del vaso poroso y pasa al agua acidulada que baña el polo zinc y mantiene la acidez. Constantes del elemerito Dant'ell.-La fuerza electro-motriz E del elemento Daniell es sensiblemente igual á un volt. (Siendo la fuerza electro-motriz de una pila, segun la teoría de Ohm,· proporcional á la diferencia de los potenciales de los dos polos, se la evalua como los potenciales, en unidades de potencial C, G, S, es decir, en volts). La resistencia interior R del elemento varia !?egun las superficies de los electrodos, la estructura de los vasos porosos y la composicion ó la concentracion de los líquidos. Varia, pues, de _:_ de ohm á varios ohms. 5 Una pila formada de elementos Daniell produce una corriente poco intensa, pero muy constante, particularmente si se mantiene la solucion de sulfato de cobre al estado de saturacion, colocando en la parte superior del vaso poroso varios cristales de sulfato de cobre, que se van disolviendo á medida que se debilita el líquido. La pila de Daniell tiene el inconveniente d,e gastarse en circuito abierto, sobre todo si el zinc se mantiene en contacto con el agua acidulada ó salada. PILA DANIELL DE MUCHA DURACION.-Cuando la pila deba funcionar por mucho tiempo y no se pueda atender á ella, como sucede en los telégrafos, y los relojes .eléctricos, se emplea á veces el par representado en la fig. 39. Los dos líquidos están separados por un vaso poroso v provisto de un embudo cribado que contiene pedazos de sulfato de cobre bañados en una disolucion de la misma sal. Este em budo está atravesado por un hilo de cobre c

que se sumerge en la disolucion y constituye el electrodo positivo. El vaso exterior, que contiene ·el zinc, está lleno de agua á la cual se añaden algunas gotas de ácido sulfúrico para iniciar la accion. Esta accion es débil, pero puede durar por espacio de algunos meses, siempre que cada ocho ó diez días se le añada algunos pedazos de sulfato. El cobre se va depositando en c, al rededor del hilo, y forma una cabellera que basta quitarla al cabo de algunos meses. Puede prescindirse del embudo y entonces se hace terminar el hilo de cobre c por un disco del mismo metal sumergido en el líquido, el cual soporta los cristales de sulfato. El cobre se deposita debajo de este disco que permite sacarle facilmente. Debe procurarse que no toque el vaso poroso, porque se adheriria fuertemente á él y seria muy dificil arrancarle. MoDICACI0NES DJ:Í LA PILA DE DANIELL. -El elemento Daniell ha experimentado muchas modificaciones, siendo la más importante la que suprime el vaso poroso, en cuyo caso la separacion del despolarizador y del líquido ácido se obtiene únicamente por la diferencia de sus densidades. Tales son el elemento Callaud y el elemento .Minotto, cuyo empleo se ha estudiado mucho en los servicios telegráficos. hlemento Callaud. - Este elemento está contenido en un vaso único V, de vidrio ó de loza (fig. 40). En el vaso hay una placa de cobre C á la que está soldado un hilo de cobre A, aislado del resto de la pila por un revestimiento de gutapercha i. Encima de la placa se coloca una capa de cristales de sulfato, de cobre, y se completa llenando el vaso con agua pura. Por último, en el líquido se sumerge completamente un cilindro de zinc Z, semejante á los de las pilas ya descritas, pero de altura dos veces menor. La parte inferior del líquido se satura de sulfato de cobre, mientras que la parte superior se conserva casi pura, por estar separados los líquidos á causa de su distinta densidad y tambien por el paso de la corriente interior. La despolarizacion se efectua como en la pila de Daniell. La pila Callaud es de muy fácil manejo, economiza sulfato de cobre, y produce corrientes constantes por espacio de dos meses,

MODIFICACIÓN DE LA PILA DE VOLTA sin otro cuidado que el añadir un poco de agua que compense la que se pierde por evaporacion. Otra forma de la pila de Callaud.--Entre las varias formas de la pila de Callaud, señalaremos otra (fig. 41) que es de muy fácil man~jo. El polo cobre está sustituido por un largo cilindro de plomo, metal inatacable por el agua acidulada y por los sulfatos de cobre y de zinc. Las lengüetas acodadas con que termina este cilindro por su parte inferior, impiden que se mueva y qu~ pueda tocar al cilindro de zinc. Para cargar el aparato se llena casi completamente el tubo de plomo con cristales de sulfato de cobre y se vierte agua pura en el mismo tubo hasta que en el vaso de vidrio suba á los tres cuartos ·de la altura del zinc. Al cabo de un dia ya_ se encuentra la pila en actividad. Esta _disposicion permite añadir fácilmente cristales de sulfato al descolorarse el líquido infÚior é impide que se mezclen los dos líquidos, á menos que se les agite; estas dos condiciones contribuyen á asegurar la insistencia que se desea y facilitar el manejo; si se substituye el agua acidulada con agua pura se aumenta la resistencia. Elemento Minotto.-Para que la separacion de los dos líquidos sea más completa, Minotto añade á la pila de Callaud una capa de arena algo gruesa ó ladrillo picado b ·a- (fig. 42). En la figura se representa el ladrillo reducido á polvo para que no deje pasar la arena. capa be hace, en efecto, la separacion de los líquidos más completa; pero presenta mayor resistencia á la corriente en el interior de la pila, tanto mayor cuanto más gruesa sea. PILA DE BOLA.-En esta pila los cristales de sulfato de cobre se colocan dentro de un globo ó bola B (fig. 43) cuyo cuello se sumerge en la disolucion contenida en el vaso poroso. Para que no caigan los cristales, la boca de la bola está cerrada con un tapan bien tallado. El zinc amalgamado 1 está sumergido en elaguaacidulada con ácido sulfúrico. Esta agua va perdiendo poco á poco su acidez y forma sulfato de zinc. Si la pila debe servir durante mucho tiempo, se le va vertiendo ácido sulfúrico gota á gota, en cuyo caso, como la solucion de sulfato de zinc pasa al fondo, á causa de su densidad, se la extrae de cuando

FÍSICA lND.

en cuando por medio de un sifon. En las primeras pilas imaginadas por Daniell, esta disolucion salia por un tubo lateral t (fig. 44). El vaso poroso estaba formado por un pedazo de intestino de buey abe d unido á los bordes del vaso de cobre C C que contiene la disolucion de sulfato de cobre. PILA DE WEATSTONE.-En esta pila, el zinc se reduce á un amalgamado pastoso que ocupa el vaso poroso v (fig. 45), en el cual se sumerge un hilo grueso de cobre que recibe la electricidad negativa. El vaso poroso está dentro de una disolucion de sulfato de cobre, rodeado por un cilindro del _mismo metal. Cuando el circuito está cerrado, el agua se descompone, se oxida el zinc, el hidrógeno descompone ei óxido de cobre del sulfato, cuyo metal se deposita, y el ácido sulfúrico se une al óxido de zinc para formar sÜlfato de zinc sobre el amalgamado. Existe así un equivalente de cobre revivificado para un equivalente de zinc disuelto. Esta pila es poco enérgica, pero funciona con una intensidad sensiblemente constante· mientras la disolucion de sulfato de cobre esté s,aturada. En circuito abierto, el zinc amalgamado es poco atacado. PILA DE POTASIO AMALGAMADO. -En vez del amalgamado de zinc, pueden emplearse otros, entre ellos, el de potasio. Goodmq.nn coloca el metal, en el cual penetra un hilo de cobre, en el fondo de un tubo cerrado po·r una membrana. Una gota de mercurio que se ponga sobre dicha membrana, conserva amalgamada 1a superficie del potasio, que se cubre de aceite de nafta para perservarle del contacto del aire. El tubo se introduce en el agua acidulada ó en una disolusion de sulfato de cobre que recibe una placa de platino. ~on el µltimo líquido, la corriente es más débil, pero es más constante. DIAFRAGMAS._-Los diafragmas pueden ser de naturaleza órgánica ó inorgánica. Entre los primeros citaremos las membranas de película de intestino de buey ó de vejiga, que permiten el libre paso de la electricidad y la endosmosis de los líquidos, pero que se alteran prontamente. El cuero curtido desprovisto de cuerpos grasos dura más y debe procura;se conservarle en el agua al sacarle de las disoluciones salinas, de lo contrario se endurece y dificulta el paso de la electricidad. · T. 11.-52

FÍSICA

410

INDUSTRIAL

La tela que se emplea para los velámenes de los buques y el carton alquitranado son tambien substancias muy apropósito; como tambien lo son las maderas de abeto ó de tilo en placas delgadas, siempre que, por su ebullicion en agua alcalina, se las desprovea de la parte resinosa que contien'e n. Cuando no se las emplee se las debe dejar en agua ligeramente acidulada, para que no se deformen ni hiendan al secar. Los diafragmas inorgánicos consisten en vasos permeables á los líquidos, de arcilla á medio cocer, de tierra de pica y de porcelana enestado de bi1cocho . Estos diafragmas duran mucho si se tiene cuidado en conservarles dentro del agua despues que hayan servido, para evitar que las sales cristalizen: en sus poros y los rompan. El único inconveniente que presentan es su resistenci~ al paso de la electricidad, particularmente los de porcelana, por esto se acostumbra darles el menor grueso posible. Si se incrustan de cobre, resisten menos el paso de la electricidad y la pila es más enérgica, siempre que las incrustaciones no alteren la permeabilidad. ELEMEÑT0 DE GROVE. -El elemento de fa pila de Grave se compone: 1. º de un cazo de vidrio A, lleno de agua acidulada con ácido sulfúrico (fig. 46); 2 . º de un cilindro de zinc z abierto por sus dos bases y endido hen toda su longitud: este es el polo negativo; -3.º de un vaso poroso V de tierra de pica poco cocida, lleno de ácido azótico ordinario; 4.º de una lámina de platino P, cuya seccion transversal afecta la forma de S (fig. 47), fija á una tapa e que cierra el vaso poroso: este es el polo positi'vo. El desp9lari1ador es el ácido azótico, que absorve el hidrógeno oxidándole, segun la fórmula: · AzO•,HO

+ H=Az O · +2HO.

las láminas de platino de la pila de Grave al rojo, vuelven á adquirir su elasticidad. PILAS DE PJPA. -En las primitivas pilas de Grave, el diafragma estaba formado por una pipa de conducto cerrado (fig. 48). En vez de ácido 'sulfúrico se pone ácido- clorhídrico, cuyo cloro se une al zinc, mientras es absorbido el hidrógeno por el ácido azótico. Estos pares producen efectos sorprendentes, atendidas sus reducidas dimensiones; lo cual obedece en gnm parte á la gran permeabilidad de ]a tierra de pipa. PILAS DE CARl'ION.-Los experimentos de Grave para sustituir el platino por el carbon pasaron: casi desapercibidos, hasta que, en 1843, Bunsen tuvo tambien la idea de emplear el carbon. Para prepararle, se coloca en un molde de plancha, cok en polvo fino y la mitad de su peso de hulla, cuya mezcla se calienta al rojo hasta que ya no se produzcan gases . El carbon que resulta es muy compacto y se deja trabajar con lima y al torno. El par que construyó Bunsen consiste (figura 49) en un vaso poroso lleno de agua acidulada con ácido sulfúrico, y en la cual se sumerge un cilindro de zinc amalgamado 1. El cilindro de car bon e e rodea este vaso y sumerge en él ácido nítrico; este borde superior está cubierto con cera para que, por capilaridad, el ácido no ataque el collarín de cobre m v sujeto vor un tornillo v, á que está soldado el eléctrodo positivo. Posteriormente colocó Bunsen el ~inc al exterior, para aumentar la extension de la superticie atacada, volviendo así á la primitiva disposicion adoptada por Grave. El elemento más moderno de la pila de Bunsen ó pt'la de carbon, se compone de cuatropiezas situadas unas dentro de otras: r. º un vaso F (fig. 50) de_asperon ó de vidro, que se

1 10

llena de una disolucion á -

de ácido sulfú-

La fuerza _eléctrica E de este elemento es rico; 2. 0 un cilindro hu_eco Z, de 1inc amalgamado; 3. º un vaso poroso V, de tierra de igual á 1'96 volts. Esta pila, á pesar de su gran fuerza eléctro- pipa poco cocida, en el cual se vierte ácido motriz, se emplea muy poco, á causa del ele- azótíco ordinario; 4.º una placa de carbon C. vado precio del platino; cuyo metal tiene Se coloca el zinc en el vaso F, luego el vaso además el inconveniente, cuando la pila ha poroso, y en el centro el carbon, como se ve funcionado durante cierto tiempo, de volverse en P. Al car bon se fija una grapa de cobre quebradizo y romperse al menor esfuerzo. m provista de un borne que retiene un hilo Sin embargo, observa Adam, que calentando cobre, que es el electrodo positivo; al zinc

MODIFICACION D~ LA PILA

está fija otra grapa n con un hilo _y este es el electrodo negativo. Teoría. -El líquido despolarizador es el ácido azótico, como en el elemento. Grave. La pila permanece inactiva mientras no_haya comunicacion, por un conductor, entre el zinc y el car bon; más, así que existe esta, principia entonces la accion quimíca. El agua acidulada se descompone por el zine, formando sulfato de zinc; este metal se electriza negativamente y se convierte en polo negativo del par; el agua acidulada se carga de electricidad positiva que pasa, á través del vaso poroso, al ácido azótico y de este al carbon, que se convierte en polo positivo. El hidrógeno procedente de la descomposicion del agu~ no se deposita en el carbon, sino que reduce el ácido azótico y le transforma en ácido hipoazótico, tomando un equivalente de oxígeno para formar agua. En cuanto al sulfato de zinc formado, una parte se deposita en estado de cristalizacion y el resto se descompone, como en las pilas de un solo líquido, por la corriente interior, Esta descomposicion da lugar á que el ácido sulfúrico ataque el zinc, y produzca óxido de zinc que, no pudiendo pasar á través del vaso poroso para atacar el car bon, permanece en el vaso exterior. La superficie del carbon se conserva, pues, perfectamente limpia, que es lo que con!ribuye principalmente á que la corriente conserve toda su intensidad. Constantes.-La fuerza electro-motriz del elemento Bunsen es de r '8 volts aproximadamente. Esta pila es la más enérgica y la menos costosa de las pilas de dos líquidos y tam bien 1a de empleo más ventajoso. Sin embargo, tiene el inconveniente de producir vapores de ácido hipoazótico muy molestos, en particular si son muchos los pares que se empleen. . Montura de la pt'la.-Para montar una pila en série ó en tension, se dispone cierto número de pare~, como representa la fig. 51. El carbon de cada uno de ellos está en comunicacion con el zinc del siguiente por medio de dos grapas m, n, y de una hoja de cobre c. La hoja de cobre está comprimida por un extremo entre el carbon y la grapa por un tornillo de presion,· y el otro extremo está soldado ·en la grapa n; esta se fija al zinc del par siguiente y así va siguiendo de un polo á otro. La

VOLTA

grapa del primer carbon y la del último zinc son las únicas que tienen borne, de donde salen los electrodos e y e'. DETALLES TÉCNICOS RELATIVOS Á LA MONTURA

DE LA PILA DE BUNSEN.-La manipulacion de la pila de Bunsen es larga, fatigosa y requiere mucho cuidado, si se desea obtener todo el efecto posible del aparato. En primer lugar, la mezcla de agua y ácido sulfúrico debe hacerse antes en un solo vaso, para obtener exactamente ~1 mismo grado de concentracion en todos los pares. Se vierte primeramente el agua en una cubeta de madera y se le añade un decimo, en volúmen, de ácido sulfúrico ordinario, de modo que la disolucion señale de ro á r r grados en el pesaácidos de Baumé. Si no se tiene este instrumeto se conocerá prácticamente que el agua está suficientemente acidulada al entibiarse y tam bien cuando repugne la permanencia de una gota que se coloque en la lengua. Relativamente _á los pares, · se les coloca unos á continuacion de otros en un soporte bien seco, procurando que no se toquen y solo comuniquen por las hojas y grapas de union. Por medio de un embudo se vierte en los vasos porosos el ácido azótico , hasta unos dos centímetros de los bordes, y se llenan del mismo modo los vasos exteriores con el agua acidulada, hasta un centímetro del borde, con lo cual se establece aproxime.damente igual nivel de los dos líquidos, condicion esencial para la cpnstancia de la pila. Así que se haya vertido el ác;ido azótico en los vasos porosos; se verterá inmediatamente el agua acidulada, para que aquél no tenga tiempo de atravesar estos vasos y pueda atacar los zincs. Como para que una pila funcione bien es indispensable que tenga· buenos contactos, se deben limpiar con cuidado, frotándolas con · papel de vidrio, las hojas de cobre cogidas por las grapas, y conservar bien limpias las caras interiores de estas últimas. Si el ácido azótico es nuevo, debe señalar 40 grados en el pesa-ácidos, pero se le puede emplear hasta cuando solo marque 26 grados; entonces se le añade un cincuentavo, en volúmen, de ácido sulfúrico, y ya entonces no puede servir más que una vez. EJ agua acidulada sirve generalmente 9-os veces, á menos que el sulfato de zinc formado principie á cristalizar.

FÍSICA INDUSTRIAL

412

Lo más importante para conservar la pila en buen estado estriba en el buen amalgamado de los zincs. Se conoce que un zinc necesita amalgamarse cuando produce una especie de silvido en el agua acidulada, sin que la pila esté en actividad. Si es muy atacado, el agua humea y parece como si principiara á hervir; en este caso, debe sacarse inmediatamente el zinc, de lo contrario al cabo de pocas horas estaria taladrado. Para amalgamar los zincs, ~e les sumerge durante algunos segundos en agua acidulada, igual á la de la pila, para limpiarles; luego se les coloca uno á uno en un vaso de tierra que contenga un poco de agua acidul ada, dos veces más que la primera, y unos dos kilógramos·de mercurio que se extienden sobre el zinc por medio de un cepillo de alambre de hierro. Una vez amalgamados los zincs, se les sumerge en una cubeta de agua para lavarles y retirar el exceso de mercurio. ELEMENTO MARIÉ-DAVY.-Este es un elemento análogo al de Bunsen, salvo que el • despolarizador, en vez de ser el ácido azótico, consiste en una pasta de sulfato de protóxido de mercurio, apilado alrededor del c_arbon (fig. 52). La reaccion despolarizadora está representada por la fórmula: Hg•O, SOª+H

+ H O, SOª.

La fuerza electro-motriz: E=

1 '2

volts.

Pila de óxido de cobre de Lalande y Chap,won . -Esta pila es muy apropiada á los usos domésticos. El líquido activo que contiene es una disolucion de potasa cáustica á 30 ó 40 por roo. El polo negativo es una hoja de zinc; el polo positivo es una placa de hierro ó de cobre á cuyo contacto se coloca cierta cantidad de bióxido de cobre, destinado á servir de despolarizador. El zincse oxida á expen. sas del hidrato de potasa y produce hidrógeno que reforma el agua combinándose con el óxido de cobre. El óxido de zinc se combina con la potasa para dar zincato de potasá. La fig. 53 es un elemento de esta pila que puede servir para las aplicaciones que requieran una corriente poco intensa, como el teléfono ó los timbres. El zinc D afecta la forma

de espirál horizontal; el polo positivo está constituido por una caja de hierro A que contiene el óxido de cobre. En esta caja se coloca la potasa sólida durante el transporte. Este elemento, de 18 centímetros de altura, puede producir 55 amperes-hora, con un consumo máximo de medio ampere. Se óbtiene un consumo mucho mayor con la forma de elemento de grande superficie representado en la fig. 54·, que consiste en una caja de hierro que sirve á la vez de recipiente y de polo positivo. Se vierte en ella una capa de óxido de cobre. La hoja de zinc descansa en cuatro soportes de cemento situados en los cuatro ángulos. Se vierte una capa de petróleo sobre la potasa para preservarla del contacto del zinc. Un modelo de 40 centímetros de largo, 20 centímetros de ancho y 10 centímetros de alto puede dar 500 amperes-hora, por consiguiente 1.800,000 coulombs. Los modelos de gran consumo son muy á propósito para el alumbrado . Se construyen tambien nuevos modelos de cierre hermético, preferibles á los anteriores. El polo positivo está formado por una botella de hierro que sirve al propio tiempo de envolvente. -El cuello está cerrado con un tapon de cauchú atravesado por una espiga de laton que soporta el cilindro de zinc que está lleno. Un tubo metálico cerrado con un tubo de ca uchú hendido y que forma válvula, atraviesa tambien el tapon. Las pilas de óxido de cobre tienen la ventaja ·de no gastarse en circuito abierto; por lo tanto pueden sin inconveniente permanecer montadas contínuamente hasta que los cuerpos que las constituyen estén gastados. Tienen el inconveniente de emplear una solucion muy cáustica que puede ocasionar accidentes si se vuelca un elemento; pero esto se evita empleando elementos herméticos. Tambien puede oponérseles el inconveniente de su poca fuerza electro-motriz, que es de 0'85 volts, inferior á la de los pares Daniel!. En este caso se tomará mayor número de elementos en tension . PILAS DE UN SOLO LÍQUIDO CON DESPOLARIZADOR LÍQUIDO.-PILAS DE BICROMATO.-En la categoría de pilas de corriente constante podemos clasificar las pilas de un solo liquido

· MCJDIFICACION DE LA PILA DE VOLTA

provistas de un despolarizador líquido; despolaritador que es siempre un bicromato de potasa ó de sosa, ó ácido crómico en disolucion. Los varios modelos que existen de estos elementos solo difieren pot la cantidad de bicromato que entra en la composicion del líquido. El tipo principal es el elemento ó pila llamada de blcromato de potasa. De estas pilas de bictomato de potasa las hay de dos clases: el elemento de dos líquidos y el elemento de un solo líquido. Plla de bicromato, de dos líquidos.1.º Este elemento se diferencia del elemento Bunsen (fig. 50) en que en. vez del ácido azótico del va_so poroso se pone la solucion siguiente: Agua .. Bicromato. Acido sulfúrico.

900 gramos. 50 » 50 »

El bicromato se disuelve en caliente y se le añade el ácido. En cuanto al agua del vaso de asperon, se acidula con un veinteavo de ácido si+lfúrico. Esta pila presenta la gran ventaja de no producir vapores de ácido hipoazótico; pero tiene el inconveniente de polarizarse con mucha rapidez á causa de la deposicion de óxido de cromo en el zinc, _y entonces la corriente es poco intensa. La fuerza electro-motriz inicial es de r '8 á 2 volts, como el elemento de un solo líquido; la resistencia interior· es mayor á causa de la interposicion del vaso poroso. 2. Plla de bicromato, de un solo líquido. _:._El líquido único consiste en una disolucion de bicromato de potasa y ácido sulfúrico. Esta pila solo consta de un vaso exterior de vidrio que contiene el líquido, de modo que no hay vaso poroso. El polo positivo está constituído por dos placas de carbon de retorta, fijas paralelamente en un disco de cauchú endurecido. Una placa de zinc amalgamado de una longitud la mitad menos, está situada entre estas dos placas y soportada por una espiga de colisa, constituyendo el polo negatt'vo. El elemento solo funciona cuando el zinc se sumerje en el líquido (fig. 55). Cu~ndo el circuito está cerradQ se produce 0

413 sulfato -doble de cromo y de potása con produccion de oxígeno. Este oxígeno es el que consume el hidrógeno desprendido y suprime la polarizacion de los electrodos. A pesar de constar esta pila de un solo líquido, se polariza con mucha lentitud, y puede ·funcionar por espacio de nueve á diez horas. La fuerza electro-motriz E varía de r '8 á 2 volt's. La resistencia interior R es tanto menor cuanto mayor sea la proporcion de ácido sulfúrico. Acostumbra ser algunas centésimas de ohm. Pila Fuller. - La pila Fuller, cuyo elemento representa la fig. 56, constituye un generador de gran constancia, muy apreciado por la marina fran_cesa para loa torpedos y en Inglaterra y América, para los telégrafos. Es una pila de -cantidad, y entre las de esta clase es notable por la constancia de su corriente. Puede ser útil para el a1um brado en pequeño por incandescencia, para la galvanoplastia, pequeños motores, etc. La forma del modelo adjunto es la del elemento Bunsen; pero es una pila de bicromato de potasa. Lleva un vaso porbso como la de Bunsen. El zinc va dentro del vaso poroso. Fuera del vaso poroso van tres prismas de carbón reunidos por una corona. . La figura manifiesta en su parte central el elemento cargado; á la derecha se ve el electrodo carbon suelto; á la izquierda se ve el prisma de zinc, suelto tambien. La constancia de esta pila se debe principalmente al' vaso poroso, que impide la mezcla de los dos líquidos de la pila. Hé aquí los líquidos que se usan: r.º En é l vaso exterior: disolucion de bicromato de potasa: I50 g ramos por Htro de agua. A cido sulfúrico: r 50 gramos por litro ·de agua. 2.º Dentro del vaso poroso: disolucion de ácido sulfúrico en la proporcion de I50 gra_mos por litro de agua. El zinc debe emplearse amalgamado, y es bueno poner en el fondo de los vasos porosos un poco de mercurio en con tacto con el zinc; así se mantiene bien amalgamado. La fuerza electro-motriz de esta pila es la misma que la de Bunsen, sin tener el incon-

FÍSICA INDUSTRIAL

veniente de los insoportables vapores nitrosos que ésta produce. .Su fuerza electro-motriz es r '8 volts por elemento. . Cuando los elementos de esta pila no han de funcionar conviene sacar los zincs fuera del elemento suspendiéndolos en el aire .. Pila de M. Trouvé. - Esta pila está montada por baterias de seis elementos que secomunican entre sí; con ella se alimentan lámparas de incandescencia durante seis ó ocho horas, cuyo resultado se obtiene con dos baterias solamente. Una caja de encina (fig. 57) que se abre-por delante contiene seis cajones de ebonita, independientes unos de otros. En cada uno de estos cajones está introducida una plancha de zinc y dos tabletas de ~arbon, una á cada lado de la plancha. Para facilitar la union de un elemento con otro, cada una de las planchas, zinc ó carbon, tiene uná punta achaflanada, con cuya disposicion se pueden colocar facilmente los ganchos de union sin que se produzca contacto entre el zinc y los carbonos de un mismo elemento; a~í, á dos puntas de carbon entero corresponde una punta achaflanada de zinc; á un ángulo lleno de zinc corresponden dos puntas achaflanadas de carbon. · Por medio de un triple gancho ~e toman los dos carbones de un elemento y el zinc del elemento contiguo. Para que haya buen contacto, la parte superior de los carbones tiene un baño de cobre por el procedimiento gal vano plástico. Preparados de este modo los seis elementos, se les cuelga por medio de cuerdas ó un torno con rueda de gatillo, que se mueve con un manubrio. De este modo se gradua con la mayor facilidad la parte de los electrodos que debe sumergir en el líquido activo, y por lo tanto el consumo de Ja pila. Por medio de un tope de madera se evita que los carbonos y el zinc puedan salir completamente del líquido. Para limpiar la pila se quita' el tope 1 se hacen subir los elementos sobre los vasos de ebonita y se sacan estos abriendo el frente de la caja de encina. El líquido activo es una solucion de bicromato de potasa adicionada con ácido sulfúrico.

Se vierte en el agua el 'bic'romato de potasa reducido á polvo y se agita durante algunos instantes con una espátula de vidrio. Se vierte luego lentamente el ácido sulfúrico á chorro muy delgado, sin dejar por esto de agitar la mezcla: La introduccion del ácido sulfúrico produce un calentamiento del líqui_do, por lo tanto es conveniente dejar que se enfríe antes de verter la solucion en los vasos de ebonita. Al cabo de diez minutos se obtiene un lí.,. quido claro, límpido, trasparente, color anaranjado puro. La carga de cada elemento necesita: Agua. . 1'330 kgs. Bicromato de potasa pulverizado. . 0'200 » 0,600 » Acido sulfúrico. El peso de una pila de seis elementos, montada, es de uno~ 34 kilógramos. Las constantes son: Fuerza electro-motriz. r '8 vol. · Resistencia interior. . 0'07 á 0'08 ohm. Las pilas de bicromato de un solo líquido no pueden aplicarse más que al alumbrado intermitente y de poca duracion, y aun asi, tener el cuidad o de sacar los zincs del líquido cuando las lámparas no funcionen, puesto que las pilas de esta clase no cesan de trabajar en circuito abierto, y dui:ante los períodos de reposo el zinc se gasta casi tanto como durante los períodos de actividad. Pilas de Radiguet. - Construyó Radiguet, para el alumbrado intermitente, una pila de bicrornato de potasa de dos líquidos, combinada de modo que no hay necesidad de quitar los zincs cuando no debe utilizarse la pila. En un vaso de asperon (fig. 58), que contiene una solucion de bicromato de potasa, se colocan tres ó cuatro tabletas de carbon de retorta, unidas entre sí por un anillo de cobre, con lo cual presentan una gran superficie de despolarizacion. En el interior de este cerco de carbones se encuentra un vaso poroso que contiene agua acidulada y una plancha de zinc cuya base descansa en un vasito lleno de mercurio; el zinc se encuentra así constantemente amalgamado. La solucion del vaso de asperon, cuya altura es _de 1 5-á 2 r centímetros, contiene 7 5 _ó

MODtFICACION DE LA PILA. DE VOLT A 200 gramos de bicromato de potasa; el agua acidulada del vaso po_i:oso debe cambiarse así que tome e-1 color verdoso; se la puede renovar cuatro veces por una el bicromato. A pesar de qu_e en esta pila están destinados los electrodos á permanecer sumergidos durante los períodos de inaccion, es muy conveniente subirles y separar los dos líquidos si la pila debe permanecer mucho tiempo inactiva. Con este objeto, Radiguet monta los elementos instalados en batería, de modo que puedan subirse los zincs por medio de un torno (fig. 59). Construyó tam:bien Radiguet una plla de caída (figs. 60 y 6r). Las supstancias activas pueden ser las mismas que en el elemento anterior; ·sin . en;i ba.rgo, el inventor prefiere emplear el bicromato de sqsa en vez del de potasa; en cuanto á la disposicion, es completamente distinta. Un bastidor de madera (fig. 60),soporta seis elementos construidos en igual número de vasos de asperon. En la parte posterior de este bastidor hay un árbol movido por una cremallera arqueada, que soporta tod0s los vasos porosos y les puede hacer bascular de 90 grados. Las hojas de zinc que se introducen en estos vasos que contienen agua acidulada, no son permanentes mientras que el carbon y la disolucion de bicromato de potasa están fijos en los vasos de asperon. Cada vaso poroso (figs. 62 y 63) presentan dos apéndices, de los cuales el F, que contiene el zinc, es poroso y puede sumergirse en el vaso de asperon. El resto del vaso poroso está esmaltado, y es, por consiguiente, completamente impermeable, utilizándose como depósito. Al encontrarse la pila en actividad, la parte porosa de todos los vasos está mojada por el bicromato, como lo representa_la fig. 62; cuando se desea que esté en reposo la batería, basta un simple movimiento de báscu.l a de la cremallera para que haga subir todos los vasos porosos y los coloque en la posicion representada en la fig. 63. Durante este movimiento de báscula, el agua acidulada de la parte porosa se vierte por el apéndice esmaltado F', en donde se deposita provisio::nalmente; el zinc permanece en su sitio, en pos_icion horizontal y seco al aire libre. Por un movimiento inverso de la cremallera se

ponen en actividad lo(elementos de una vez. En otro modelo llamado pila domésHca (figura 64) . modifica Radiguet completamente, la disposicion del electrodo negativo. En este elemento el zinc tiene la forma de granalla amalgamada. Está dispuesto en una especie de canastillo. que soporta un tubo y descansa en una cubeta que contiene la amalgama destinada á n;iantener las bolas de zinc. El conjunto de este sistema ha recibido el nombre de soporte de amalgama (fig. 65). Radiguet indica de este modo la prepará.cion de los líquidos de sus pilas: «La carga debe hacerse con cuidado, atendiendo para cada tamaño de elemento, á las cántidades que se indicarán. »La mar~ha mejor que debe seguirse, es de: »r.º Desmontar la pila, es deGir, sacar carbones y vasos porosos de los vasos exteriores: »2. Verter en el vaso exterior la cantidad de bicromato necesaria á la carga y añadir la primera medida de agua: agitarla luego con una espátula de vidrio, y mientras está el líquido en movimiento verter lentamente y á horro delgado el ácido sulfúrico: »Esta mezcla produce un calor suficiente para que, continuando la agitacion del líquido, se disuelva el bicromato fácilmente: »Despues de la disolucion completa, se vierte la segunda medida de agua y se continúa agitando: >>3. º Se llena el vaso poroso de agua y de ácido sulfúrico en las proporciones indicadas. Es preferible que el nivel del líquido del vaso poroso sea más alto que el de la disolucion de bicromato: . :1>4. º Sffbir la pila, cuidando siempre de aguardar el enfriamiento completo de los líquidos.» 0

FÓRMULAS PARA LA CARGA.

Vaso exterior. Elemento de 15 centímetros.

Bicromato de potasa. 75 gram. Primera medida de agua .. 265 centg. Acido sulfúrico.. . . . 1 75 )) Segunda medida de agua .. 265 ))

Vaso poroso. 155

Agua. . . . Acido sulfúrico ó azufre. .

» )>

Elemento de 20 centímetros.

200 gram. 650 centg. 42 5 )) 650 ))

FÍSICA INDUSTRIAL

El precio de las baterías de torno varía de 80 á 240 francos; el de las baterías de caida está comprendido entre 40 y 300 francos, segun el modelo y el número de elementos, entre 4 y 12; el elemento de la pila doméstica cuesta 12 francos. Pila intermitente de Leclanché. - No todas las aplicaciones domésticas requieren un consumó contín'uo de electricidad; las hay en las cuales la corriente se emplea de un modo intermitente, por lo tanto describiremos cierto número de pilas que se adaptan perfectamente á estos usos por no gastar ó gastarse muy poco en circuito abierto, pero que no sirven de un modo continuo por polarizarse rápidamente. Entre estos varios modelos, la pila Leclanché (fig. 66) es la más empleada y la más cómoda. El líquido activo de esta pila es una disolucion de sal amoniaco; el zinc forma el polo negativo y el carbon el polo positivo . La substancia despolarizante es el bióxido de manganeso mezclado con pequeños fragmentos de cok. El vaso poroso está completamente ocupado por el carbon positivo y por esta mezcla sólida. El zinc tiene la forma de una barrita cilíndrica que se coloca en un ángulo del vaso de vidrio dispuesto á este efecto. En este se vierte la cantidad necesaria de clorhídrato de amoníaco sólido y se acaba de llenar de agua. En los otros modelos (fig. 67) el vaso poroso se suprime y se disponen á cada lado del carbon unos ladrillos aglomerados formados por una mezcla de bióxido de manganeso; de carbon, de bisulfato de potasa y de resina goma-laca. Entre uno de estos ladrillos y el cilindro de zinc, se pone un pedazo de madera para evitar el contacto, reteniéndolo todo con dos abrazaderas de cauchú. La pila Leclanché ofrece las ventajas de no gastarse en circuito abierto y de despolarizarse durante el reposo, por consiguiente es muy económica; pero en cambio su poca fuerza y la rapidez con que se polariza cuando trabaja contínuamente no permite emplearla para el alumbrado . Goodwin modifica muy ventajosamente la disposicion de esta pila sustituyendo el vaso poroso ó las placas aglomeradas, por un vaso cilíndrico de c&rbon, de paredes po.rosas, que

se llena con una mezcla de car bon y de bióxido de manganeso (fig. 68). Puede aumentarse aun más la superficie adoptando la forma representada en el segundo modelo de esta figura. Con estos vasos la resistencia de la pila resulta muy débil y se la puede emplear para una produccion de luz intermitente, por ejemplo, para hacer funcionar lámparas de incandescencia de 8 á 10 bujias durante 15 ó 20 minutos. Las constantes de la pila Leclanché, son ordinariamente: Fuerza electro-motriz. . 1' 48 · Resistencia. 1'30 1'76 Con los vasos porosos GoÓdwin, son: Fuerza electro-motriz. . 1 '46 Resistenda. o'II o' 12 Existen otras pilas análogas á la de Leclanché, que podrían sustituirla, pero no son tan económicas. :?rLAs DÉ RENOVACION AUTOMÁTICA DE LOS LÍ-

QUIDOS.-Por otros inventores se ha tratado de asegurar la constancia de la corriente durante largo tiempo, suprimiéndose con ello las molestas operaciones que necesita el entretenimiento y renovacion de los líquidos, cuyas operaciones se ejecutan automáticamente. Se comprende que, en este caso, no hay necesidad de desmontar la pila más que cuando deba cambiarse el zinc á causa de su' desgaste. Una pila de esta especie que sea perfectamente constante y suficientemente enérgica, podrá prestar grandes servicios á las aplicaciones que requieran una accion duradera. Vamos á indicar, pues, algunas de las soluciones propuestas. Pila automática de O'Keenan.-O'Keenan aplica este método á la pila de Daniell. Los elementos están situados dentro de compartimientos distintos de madera parafinada: cada uno de ellos contiene un zinc de gran tamaño, cubierto con una vaina de papel pergamtno abierta por ambos extremos, en sustitucion del vaso poroso. A cada lado están fijas dos planchas de plomo pareadas que forman el polo positivo del elemento. Todos los elementos tienen practicada una hendidura vertical que les pone en comunicacion con un compartimiento situado en la parte ante-

•

MODIFICACIÓN DE LA PILA DE VOLTA

rior y cerrado con un vidrio (fig. 69). A la derecha se encuentra una caja provista de . agujeros muy pequeños, llena de cristales de sulfato de cobre. El agua destilada cae constantemente gota á gota á la parte superior del compartimiento anterior, para que se mantenga siempre lleno; penetrando esta agua á través de los agujeros de la derecha, encuentra el sulfato de cobre y se transforma en una disolucion saturada que, por las hendiduras verticales, pasa á todos los elementos alrededor de los vasos de pergamino. Cada elemento contiene, pues, tres capas sobrepuestas: en la parte superior, una capa de agua de algunos centímetros que baja igualmente al interior de los vasos porosos; debajo, una capa azul de sulfato de cobre que rodea los vasos porosos en toda su altura y baña las planchas de plomo; por último, en la parte inferior de los elementos, se extiende una solucion saturada de sulfato de zinc procedente del desgaste del metal atacado. Esta capa de sulfato de zinc tiene un espesor constante: así que tiende á traspasarle, el excedente vierte al exterior por un rebosadero, que se ve á la derecha del aparato. , Las manipulaciones para el manejo de esta pila se limitan á graduar una sola vez la entrada del agua, y añadir cada dia la cantidad de sulfato de cobre necesario, que se coloca en el receptáculo situada en la parte superior. En el estante del centro se colocan los acumuladores. Se observará que la comunicacion que se establece entre todos los elementos pqr el compartimiento anterior debe producir forwsamente derivaciones y disminuir, por lo tanto, la fuerza electro-motriz total, y la substitucion del agua pura al agua acidulada aumenta la resistencia. Pila de caída de bicromato de potasa.Análogas disposiciones se han adoptado tambien en las pilas de bicromato, de uno ó de dos líquidos; la figura 70 representa uno de estos aparatos, formado por cuatro elementos de un solo líquido. Cada par se compone de un vaso de vidrio que contiene un vaso poroso con_agujeros bastante grandes, que sirve tan sólo para impedir el contacto entre el carbon y el zinc al cambiar éste por efecto del desgaste. Él polo positivo lo constituyen tres FÍSICA. IND.

ó cuatro tabletas de carbon, situadas alrededor del vaso poroso y reunidas por uñas metálicas á un círculo de cobre. El polo negativo está formado por un cilindro muy largo de zinc que se va introduciendo cada vez más en el vaso poroso á medida que se gasta. Una cantidad muy pequeña de mercurio que se coloca en el fondo del vaso, mantiene el zinc ~onstantemente amalgamado, condicion necesaria para que no se gaste en circuito abierto. La mezcla de bicromato y de ácido sulfúrico sale gota á gota de un depósito superior, cae al primer elemento y de éste sucesivamente á los demás, y, por último, al inferior. Conviene que este líquido salga por la parte inferior de cada paí", con lo cual se evita la obstruccion que pueden producir los cristales. La figura representa la pila en disposicion de cargar acumuladores. Pila sifóidea de Cloris-Baudet.-La fig. 71 representa el conjunto y los detalles principales de una pila de caida de bicromato, de dos líquidos. Los doce elementos de que consta están colocados en una misma tabla horizontal. Los <;:arbones y los zincs tienen la forma de placas: estos últimos son bastante gruesos y están suspendidos á un travesaño L, movido por un torno de manubrio M, que permite hacerles salir de los vasos porosos cuando no funciona la pila. Del fondo de cada vaso poroso v sale un sifon que va á parar á la parte superior del vaso siguiente; por una disposicion idéntica se hacen comunicar todos los vasos exteriores V. . Los depósitos R y r, situados encima del aparato, están llenos de bicromato de potasa el primero, y de agua acidulada el segundo y deben estar bien tapados. Llevan unos tubos A, a, que van á parará la parte superior de los dos vasos del primer elemento, esto es, el de la izquierda; estos tubos están igualmente llenos de líquidos. Así dispuesta la pila, para renovar las soluciones, basta abrir ligeramente los _dos tubos de caída T y t que se ven á la derecha de la figura de conjunto: cada uno de los líquidos del último elemento cae lentamente al exterior y la baja de nivel determina la aspiracion del líq.uido del elemento anterior, hasta el primero. Por último, la baja de nivel producida en el primer elemento de la izquierda abre el orificio del tubo T. 11.

-53

FÍSICA INDUSTRIAL BATERIAS SECUNDARIAS DE PLANTÉ.-PrinctA ó a: sube una burbuja de aire al depósito correspondiente, motivando la caída de igual ,pio.-Las pilas de dos líquidos, de corriente cantidad de líquido á la pila y vuelve á cer- constante, las ideó Becquerel, con el objeto rarse el orificio del tubo . Los depósitos R ' y de suprimir los efectos de la polarizacion. r' reciben los líquidos escedentes. Por este Planté, por lo contrario, trató de utilizarlas, sistema puede utilizarse la pila con ó sin tomando las corrientes secundarias que de caída, pueden sacarse fácilmente los zincs de ello resultaban. Midió la intensidad de estas corrientes y los vasos porosos, y se ocupa poca altura, por encontrarse todos los elementos á un mismo observó que la fuerza electro-motriz secunnivel. Sin embargo, tiene el inconveniente daria de un voltámetro de planchas de plomo, de que los sifones producen derivaciones que introducidas en agua acidulada con ácido sulfúrico, era más enérgica y más constante que debilitan la corriente. la de los demás metales, y que pasaba, en más de la mitad, de la de un Grove ó de un Pilas secundarias ó acumuladores. Bunsen. Desde luego, bastaba tan solo auLas pilas que acabamos de estudiar produ- mentar la superficie de los electrodos para cen directamente la corriente, debido á las disminuir la resistencia, y obtener así un reacciones recíprocas de las substancias que se elemento secundario de gran potencia. Construccion de un elemento Planté.-Alcombinan; por esto se las llama pilasprimarias. Pero hay otras, por lo contrario, que no dan rededor de un cilindro de mad,era ó de metal corriente más que cuando hayan estado atra- se enrollan dos placas de plomo separadas por vesadas por la de una pila primaria, y por dos ó tres fajas de cauchú (fig. 72). Hecho ya esto se las llama pilas secundarias. Tales son el enrollado, se saca el cilindro interior, y se las pilas que utilizan esta corriente de polari- mantienen las espirales interponiéndoles tiras r_acion, que es precisamente lo que constituye ,de gutapercha, cruzadas, reblandecidas por el el mayor inconveniente de las pilas primarias calor. Se introduce el par en un vaso cilíndrico de vjdrio, sujetado interiormente con de un solo líquido. De la Rive fué el primero que observó que cuñas de gutapercha. Se llena, por último, el 1 las placas de platino utilizadas, para transmivaso con agua acidulada á - - . Un elemento IO tir la corriente, por su contacto con un líquido descomponible, al sacarlas de este ordinario de esta clase tiene una superficie de liquido y sumergirlas en agua destilada, enun metro cuadrado. Carga.-Por un elemento ordinariG>, como gendran una corriente inversa de la corriente por un voltámetro , se hace pasar la corriente primaria que antes habían transmitido. Matteuéci demostró que esta poJarizacion de dos elementos Bunsen ó de tres elementos de los electrodos de platino, y la fuerza elec- Daniel!. La carga dura de 20 á 30 minutos. tro-motriz inversa que resulta, se debian á El trabajo de la corriente se acumula en for..., capas de burbujas de oxígeno y de burbujas ma de oxidacion de plomo, por un lado, y de de hidrógeno, depuestas y acumuladas res- reduccion del óxido de plomo, por el otro; reduccion que habrá podido formarse antepectivamente en cada placa. La corriente observada por de la Rive es el riormente durante el paso de la corriente setipo de las corrientes secundarias; el conjunto cundaria. En un par bien formado, el límite de carga de los dos electrodos de platino y del baño de agua destilada constituye una pila secun- se alcanza cuando principian á producirse daria. A toda pila secundaria se la llama burbujas de gas. Constantes.-La fuerr_a electro-motrir_ de tambien acumulador, por acumular la elec1 tricidad en forma de productos químicos reun par bien formado alcanza la de 2 á 2 - 2 ?ultantes del paso de las corrientes primaelementos Daniell. La resistencia interior rias. I I El más antiguo de los acumuladores es la varia entre -- y - de la de un elemento bater,ía secundaria de Planté. 4 6

MODIFlCACION DE LA PILA DE VOLTA

Daniell. Un par secundario bien formado y bien cargado puede asimismo (al cabo de dos ó tres semanas) enrojecer un hilo de plomo de medio milímetro c1e diámetro. Rendimiento.-Midió Planté la relacionentre el trabajo eléctrico restituido, durante la descarga, y el trabajo eléctrico consumido durante la carga, descomponiendo sulfato de cobre en un voltámetro, y halló esta relacion igual á 0'88. Bate:rias.-Planté fué el primero que construyó un acumulador, reuniendo veinte de • estos elementos para formar una pila ó una batería (fig. 73). La pila lleva una pieza llamada conmutador, que permite unir como se quiera los elementos, ya en tension, ya en 1

cantidad. Este último sistema reduce á - -la 20

resistencia de la pila; esto se utiliza para hacer pasar por ella la corriente de la pila primaria ó para cargar la bateria. Efectuada la carga, se restablece el acoplado ó montura en tension; entonces las fuerzas electro-motrices de cada elemento se suman, como en una pila de Volta, y se obtiene una fuerza electro-motriz total 20 veces mayor que con un solo elemento. MODIFICACIONES DEL ACUMULADOR PLANTÉ. -

Se ha tratado de perfeccionar el acumulador Planté acelérando la formacion de las capas de plomo poroso y de plomo peroxidado, en atencion á que del espesor de ~stas capas depende la potencia del aparato. Perfecct'onamiento de Planté. - El medio indicado por Planté consiste en atacar antes las placas de plomo con el ácido azótico, con lo cual se prestan mejor á recibir la accion de la corriente primaria. Acumulador Faure-Sellon- Volckmar. Faure reviste las dos placas de plomo de minio mantenido por placas de fieltro y las coloca, así preparadas, en el vaso lleno de agua acidulada. Durante el periodo de formacion, es decir, al hacer atravesar un elemento nuevo por una corriente eléctrica, el minio de una de las placas se transforma en peróxido de plomo, y el minio de la otra se reduce al estado de plomo pulverulento. , Durante la descarga, se produce la accion inversa; el plomo reducido se peroxida y el

peróxido de plomo formado por la corriente de carga se reduce. Habiendo observado que el fieltro ofrecia ciertos inconvenientes, se le suprimió y el par Faure-Sellon-Volckmar que, hoy .dia, ha sustituido completamente el acumulador Faure, es el resultado de una série de. transformaciones muy notables. Dos de los tipos que habitualmente se emplean están destinados, el uno al alumbrado de poca importancia, y pesa IO kilógramos; el otro está reservado á las· grandes instalaciones; su peso alcanza 60 kilógramos. En una caja de madera alquitranada, están dispuestos paralelamente en listoncifos de madera, unas placas de plomo fundido en forma de rejilla y provistas cada una de ellas de un cabo (fig. 74.) Las placas están a·lternadas de modo que el primer cabo se encuentre á la izquierda, el segundo á la derecha, y así consecutivamente. Todos los cabos de la izquierda están retenidos entre dos placas de plomo reunidas á un lado, constituyendo así el polo negativo: lo mismo sucede con los cabos de la derecha que forman el polo positivo. Sobre el enrejado que forman las placas se extiende una parte de minio y otra de litargirio, para tapar todos los intersticios: el minio sobre las placas pares ó positivas, y el litargirio sobre las. placas impares ó negativas. La distancia entre las placas se mantiene ftja por medio de unos mimbres; los listones sobre que descansan las varias placas, dejan por la parte inferior un hueco bastante grande para que las partículas de óxido ó de metal puedan deponerse en ellos y no puedan re..:. unirse las placas entre si. La caja· de madera se llena de agua acidulada á '/,o• Para cargar el acumulador, cuyo número de placas depende del empleo á que se destine, basta unir sus dos poJ.os á un caudal convenientemente elegido. · Ordinariamente se estima en rno horas la duracion de la formacion. Acumulador Gadot. - Al principio colocaba Gadot en un enrejado de plomo unas pastillas ó pequeños panes de óxido de plomo; más como se quebraban y caían: y, por lo mismo, el rendimiento del acumulador ya

FÍSICA INDUSTRIAL

420

no era normal, cambió el sistema reteniendo pastillas mayores entre dos placas de rejilla, cuya disposicion representa la fig. 75. De este modo se tiene una gran cantidad de materia activa y un peso muy reducido. Este acumulador es de la clase del de Faure. Acumulador Julien.- Este es tambien una modificacion del acumulaJor Faure, en el cual e.l inventor sustituye el plomo fundido por una mezcla de: Plomo. Antimonio .. Mercurio.

92 por

100

3'5 4'5

Este metal se vierte en forma de cañamazo que se cubre de minio para las placas positivas y de litargirio para las placas negativas. La presencia del antimbnio en la mezcla. la hace más rígida é impide que el cañamazo se deforme bajo la accion de la corriente. Acumulador R eynt'er. -En este modelo aumenta Reynier el valor industrial de los acumuladores Planté,dándoles más superficie. Toma una hoja de plomo de 1/,0 de milímetro de espesor, la dobla formando pliegues de 2 milíínetros de ancho, y la coloca en un cuadro rígido de plomo. Las placas así construidas (figs. 76 y 77) se aislan unas de otras por medio de unas fajas de cauchú; cada una de ellas termina en dos cabos, que descansan al exterior . del vaso en un marco de madera. A cada uno de estos cabos se adapta un alambre de nikel puro y todos estos, reunidos por un colector de cobre, con tornillo de presion, son los gue'establecen la union de todas las placas positivas de un lado, y de todas las placas negativas del otro. Los vasos que contienen las placas están llenos de un líquido compuesto de 7 volúmenes de agua acidulada y r volúmen de acido sulfúrico puro de 66 grados. Los tipos llamados de demostracion que se emplean en los laboratorios, se componen de tres ó cuatro placas, de 7 á 9· kilóg.ramos de peso y cuestan de r 5 á 20 pesetas. Se fabrican acumuladores industriales del mismo sistema, que contienen 27 placas, pesan 50 kilógramos y cuestan So pesetas. La duracion de la carga es de 7 á 12 horas,

á la tension de unos 2 volts. Estos acumuladores pueden producir una descarga de siete , á ocho horas, segun el consumo. Acumulador Montaud. - Entre los acumuladores del género Planté, que teóricamente son los que más se aproximan á la perfeccion, citaremos muy particularmente el modelo Montaud. La fig. 78 representa la vista en conjunto y la fig. 79 una placa del acumulador. Las modificaciones introducidas á los aparatos Planté radican en los tres puntos siguientes: r.º La formacion rápida; 2.º la gran superficie; 3. 0 el medio de obtener una separacion simétrica. · Los óxidos de plomo, y muy especialmente el litargirio, son más ó menos solubles en las so.l uciones alcalinas concentradas y el calórico favorec~ mucho la disolud.on. Si pues, en un baño alcalino saturado, en el cual se haya disuelto litargirio · puesto en exceso, se sumergen dos electrodos de plomo y se hace pasar una corriente de tension y de intensidad convenientes, en el anodo se depositará una capa de peróxido de plomo que variará de grueso con la intensidad de la corriente, y será más ó menos rica en oxígeno, segun la temperatura de1 baño. El plomo y el cobalto son los dos únicos metales en los cuales el anodo, en ciertas condiciones solo indicadas por la práctica, en vez de fundir gradualmente como se verifica en la galvanoplastia, se cubre de una capa de peróxido, al recibír asimismo el cauchú una capa de plomo reducido. En este caso, el líquido del baño es el_que suministra ambos depósit0s, mientras que en galvai;ioplastia es el anodo el que lo suministra. Los trabajos de Preece, uno de los electricistas ingleses más notables, demuestran que -para formar uri acumulador ordinario debe disponerse de una corriente ae tension apropiada, pero cuya intensidad total suministre á lo menos unos 1,000 amperes hora. Basándonos en estas cifras, en los baños debe haber un número de placas suficiente para formar una superficie de electrodos que represente aproximadamente r' 10 metros cuadrados; á través de estos electrodos se hace

• MODIFICACIÓN DE LA PILA DE VOLTA

pasar una corriente de tension apropiada á 600 amperes, lo cual da 54 milésimas de ampere por centímetro cuadrado. Existen en el acumulador nueve placas, de las cuales solo se utilizan ocho por baño. Así existirá una corriente de 600 amperes que atravesarán el baño y darán 74'5 amperes por placa, lo cual representa 37'2 amperes-hora durante media hora. Al montar un acumulador mediano, es decir, de cuatro metros cuadrados, que comprenda 29 placas y se utilicen 28, se obtendrá un aparato que, al salir del baño, habrá reci• bido 28 veces 37'2 amperes-hora, ó sean 1,043 amperes-hora. Todo el efecto consiste en hacér pasar de una manera eficaz corrientes de gran intensidad y abreviar la duracion de la .formacion. Dos placas tratadas de este modo, la una se convierte en positiva y se cubre de una capa más ó menos gruesa de peróxido de plomo. Al salir del baño recibe varias preparaciones y varios lavados, quedando asi apta para montarla con otras y constituir un acumulador dispuesto á cargarle y á funcionar. La segunda placa, negativa, se cubre de una gruesa capa de musco de plomo; se la lava con mucho cuidado, se la conserva en el agua preservándola del aire y se la somete á una presion considerable. Al salir de la prensa presenta el aspecto de una hoja de plomo ordinario; la porosidad física desaparece, pero conserva la porosidad química, que es la única qué acciona en los acumuladores. Las placas del acumulador Montaud son rectangulares, con una punta achaflanada curva y otra punta contigua reforzada. Lo que se corta para el achaflanado sirve para el refuerzo de la otra punta. Las puntas reforzadas tienen practicado un agujero cuadrado por donde pasan las espigas de plomo que unen las placas de igual polaridad, representadas en la fig. 80. Los bordes de la placa estando blados para aumentar su rigidez. Las placas son de cuatro tamaños: el tipo núm. i forma con 19 placas el acumulador de r metro cuadrado; el tipo número 2 forma con 15, 22 ó 30 placas acumuladores de 2, 3 ó 4 metros cuadrados; el tipo núm. 3 sirve, con 21, 23, 25, 27 ó 29

421

placas, para componer los acumuladores de 8, 9, 10, r r y 12 metros cuadrados. Estas placas se sumergen completamente en el líquido; se las mantiene paraleias por medio de un peine de madera (fig. 81) en cuya base se apoyan todas, y cuyos espacios entre laspuas_están apropiados á las dimensiones de dichas placas. Otros peines más pequeños se aplican lateralmente en los refuer. zos de las placas. Las espigas de union son de plomo, están fundidas en una sola pieza y endurecidas con una liga especial. La espiga es cuadrada ? una de sus caras está en contacto con las placas, como se ve en la fig. 78, y para que la union sea íntima están soldadas con plomo. El vaso que contiene el acumulador está aislado de él, es de asperon, de vidrio, de ebonita para los· modelos pequeños; de madera de melis pintado con tres capas de goma laca y forrado de plomo, para los grandes modelos. Contiene agua acidulada y está aislado del suelo por medio de un9s pies de porcelana en forma de cono. Acumulador Scbeneck-Farbaky.- En este acumulador, las rejillas de plomo de las placas positivas tienen de 10 á 12 milímetros de espesor y las negativas de 6 á 8 milímetros solamente. La pasta positiva contiene 95 partes de óxido de plomo, 95 partes de minio y IO partes de cok quebrantado. La pasta negativa está compuesta de 95 partes de óxido de plomo reducido á polvo fino y cinco partes de piedra pomez. Acumuladores del «Electric Power .Storage C.º»- La fig. 82 representa tres elementos que la casa Woodhouse y Rawson de Lóndres designa con el nombre de E. P. S. y que tambien .construye la sociedad alemana Allgimeine Elektricitats-Gesellschaft. Las placas están formadas por una aleacion de plomo endurecido. Las placas positivas, así como tambien las negativas están unidas por unas barras y contenidas en vasos de vidrio grueso. Cada vaso contiene 7, II, 15, 23 ó 31 placas; el peso varía entre 40 y 132 kilógramos. Las placas de un mismo vaso, que antes se separaban con piezas de cauchú, están hoy dia dispuestas de un modo especial que per-

FÍSICA INDUSTRIAL

mite quitar rápidamente las placas superiores sin que se muevan las placas de plomo esponjoso ; la circulaciori del agua acidulada por entre las varias placas es tambien más fácil que como se practicaba antes. Empleo de los acumuladores. -Las baterías de acumuladores se utilizan para la traccion. Son varias las líneas de tranvías que en Inglaterra, en Alemania y en América funcionan por este sistema. Sirven de propulsores á embarcacione s ·de recreo y son aplicables igualmente á 1~ aerostacion. En las instalaciones de alumbrado eléctrico desempeñan un papel muy importante y se les puede considerará la vez como depósitos de electricidad. Su empleo principal es en el alumbrado intermitente y para instalaciones temporales, como por ejemplo en los varios bailes que se han dado en el Eliseo de París, en donde 660 acumuladores montados en 22 baterías de 30 elementos alimentaban3 30 lámparas de incandescenc ia Swan. Al principiar la fiesta, se in troducia n solo 2 7 elementos por batería en el circuito, quedando los tres restantes en reserva para casos de necesidad. En las instalaciones fijas ó permanentes, tambien prestan una gran utilidad los acumuladores; pues constituyen una bateria dispuesta siempre á suplir la insuficiencia de las máquinas, 6 para vencer los accidentes que puedan dificultar momentáneam ente la marcha de los motores. Bajo el punto de vista económico, prestarán grandes servicios en las fábricas eléctricas en las cuales el consumo diario disminuye á partir de cierta hora; en una fábrica, por ejemplo, que distribuya la fuerza motriz y suministre al propio tiempo el alumbrado. Durante los dias de invierno, de las cuatro á las siete de la tarde, es cuando el consumo alcanza su máximo, por funcionar simultáneame nte las máquinas y los focos luminosos; mas, á medida que se van parando los talleres ya no quedan más que las lámparas, y, por lo tanto, disminuye el consumo de electricidad; entonces es cuando puede economizarse el combustible de varios motores sustituyéndol os por acumuladores cargados durante las primeras horas del dia, que es cuando, no debiéndose alimentar más que la fuerza motriz, no utilizan toda su potencia las máquinas . .

El empleo de los acumuladores se generaliza tambien para el al_umbrado de los coches de viajeros de los trenes. Se les carga en la estacion de salida, ó bien durante el trayecto, por medio de una máquina instalada en un furgon, movida por las ruedas del vehículo. Montura, pareado y entretenimien to de los acu:nuladore s.-.Los acumuladores se montan en tension 6 en cantidad, al igual que las pilas. En cada vaso todas las placas positivas se unen entre sí, y todas las placas negativas igualmente. De un vaso á otro se obtiene el par en tension uniendo las placas positivas de un elemento con las placas negativas del elemento siguiente. Se les distingue generalmente por la diferencia de color que se les da. Se han ideado conmutadore s que permiten armar los acumuladores e'Il cantidad durante el período de carga, y reunirles en tension cuando se les quiere descargar. Segun Hospitalier, el rendimiento de los acumuladores es de 3 r por roo del trabajo mecánico producido por el motor, ó en otros términos, si el motor que ponen en marcha las máquinas destinadas á cargar los acumuladores produce un trabajo igual á roo, estas máquinas sólo dejarán disponible 70 para la .carga; la descarga sólo da 44' 1, y si se transforma esta descarga en trabajo mecánico, se obtiene únicamente, en definitiva, 30'8. La batería debe estar aislada; los vasos comunican entre sí, sólo por sus puntos de union y están incomunicado s del suelo. Se les coloca en bastidores de madera alquitranada cuyos pies descansan en placas de vidrio que les aislan. Las placas deben estar completamen te dentro del agua acidulada. Los vasos y las placas se lavan todos los meses y se cambia el líquido . Para que éste sea homogéneo, se le prepara, para el conjunto de los elementos de la batería, en la proporcion de un volúmen de ácido sulfúrico por nueve volúmenes de agua; se le vierte en los vasos cuando está fria. BATERIA VOLTÁICA DE GAS.-El oxígeno y el hidrógeno que se adhieren á las placas de platino, cuando estan sumerjidas en un líquido por un hi_lo producen una corriente, al unir-

MODIFICACION DE LA PU.A DE VOLT A

las. Esta corriente se debilita rápidamente y tiempo. La formacion de un equivalente de desaparece pronto. Grove la hace permanen- agua produce, pues, la cantidad de electri_. te, por medio de los mismos gases, empleando cidad necesaria para descomponer un equiuna pila muy notable, pero que sólo presenta valente de ella. ÜRIGEN DE LA ELECTRlCIDAD DEL PAR DE G AS. interés histórico, representada en la fig. 83. Dos tubos fijos o, h, contienen unas placas de -La electricidad del par de gas se explica platino que comunican con el exterior en los por la polaridad de las moléculas. Las del puntos a y a'. Estos tubos y el vaso cerrado líquido se polarizan por la capa de hidrógeno en el cual se introducen, contienen agua aci- que se adhiere á la superficie del platino, de dulada con ácido sulfúrico. En el interior del modo que el oxígeno de estas moléculas se tubo o hay oxígeno, y en el tubo h _hidró- dirige al hidrógeno y aumei:ita la polaridad geno,en cantidades tales,que las placas depla- por la accion de la capa de oxígeno adherente tino se sumerjen en parte en el líquido. Estos .al platino del otró tubo. Al cerrar el circuito, gases se introducen directamente, ó descom- sé excita la accion polarizante, el agua se poniendo el agua por medio de una pila, para descompone, y el oxígeno que se produce en lo cual las placas sirven de electrodos. Al la superficie del platino sumergido en el hiunir los dos apéndices a y a' por un hilo me- drógeno, absorbe este gas y forma agua. Asitálico, se obtiene una corriente que va del mismo, el hidrógeno que se produce en el oxígeno al hidrógeno y sube el agua por los tubo de oxígeno, absorbe este último gas. tubos, indicando una absotcion de hidrógeno De esta explicacion resulta que el volúmen doble de la de oxígeno. de hidrógeno absorbido, debe ser doble del Para unir varios pares semejantes, adopta de oxígeno, como demuestra la experiencia. Grove la disposicion de la fig. 84. Los tu- Sin embargo, se pi_e rde á veces mayor cantibos o, h, de cada par se fijan por medio de un dad de hidrógeno de la necesaria, debido á ensanchamiento cónico de vidrio esmerilado una absorcion producida por el oxígeno del á unas tubuladuras de un frasco. Unas placas aire disuelto en el líquido. Esto lo comprobó de platino platinado, es decir, cubiertas de de la Rive dejando muy poco líquido en el polvo de platino para impedir que el hidró- frasco y observó que el hidróge.n o era absorgeno se adhiera, e'stán suspendidas en el in- bido en parte, á pesar de estar abierto el cirterior de estos tubos por un hilo grueso de cuito; y al cabo de unos quince días, observó platino que atraviesa la parte superior. Para que el aire del frasco estaba sustituido por el montar un par, se vierte agua acidulada en el ázoe, por disolverse el oxígeno por el líquido frasco por la tubuladura m que se cierra in- á medida que este iba perdiendo el oxígeno mediatamente, se invierte el frasco para que que antes contenia. Operando inversamente, los tubos se llenen de líquido, luego se hace en un aparato completamente lleno de líquido pasar por la tubuladura m el tubo encorvado privado de aire, en el cual introdujo hidróque recibe el oxígeno ó el hidrógeno. Se in- geno y oxígeno por la descomposicion del troduce mercurio en los pares c, y se les une agua, vió que el hidrógeno apenas era absorde dos en dos con hilos de platino n, n, n, de bido. modo que un tubo de oxígeno esté unido Grove dedujo de esto un procedimiento siempre á un tubo de hidrógeno. muy original para anah:pr el a_ire: tomó dos Con 30 pares se producen chispas y con- hlbos que contenian unas hojas de platino mociones bastante fuertes. Un par basta para puestas en comunica,cion por el agua acidudescomponer el yoduro de potasio, y dos ó lada, y los llenó uno de aire y otro de hidrótres para descomponer el agua. Un resultado geno. El oxígeno del aire se va absorbiendo muy notable, que no es más que un caso par- poco á poco y se compara entonces el volúticular de una ley que desarrollaremos más men de ázoe que queda y el del aire primitivo. adelante, consiste eJI que · las cantidades de Como · el líquido disuelve siempre una pehidrógeno y de oxígeno producidas por la queña cantidad de aire, se dispone un tercer descomposicion son iguales á las que se pier- tubo lleno de este gas, el cual da á conocer den en cada par de la pila, durante el mismo la cantidad absoluta. Por ejemplo, si el volú-

(

FÍSICA INDUSTRIAL

men de aire que ocupaba 100 divisiones, ha disminuido de 22 divisiones en dos dias en el primer tubo de aire, y de 1 en el último, la disminucion producida por el hidrógeno será de 21 divisiones; luego este aire contiene 0'21 de oxígeno. La a bsordon de los gases en el par de Grove explica el fenómeno siguiente. Descompuesta que sea el agua en un voltámetro, se ponen en comunicacion los hilos de platino entre sí, y se vé como van desapareciendo los

gases poco á poco. Jacobi y Poggendorff observaron tambien este fenómeno, aún en el caso de estar completamente cubiertos de líquido los hilos de platino; de lo cual se deduce que la accion química no se verifica solamente de la superficie de nivel del líquido en los tubos, como suponia Grove. Segun Gaugain, esta accion solo se ejerce por los gases disueltos; de suerte que la pila se va debilitando á medida que disminuyen aquellos en el líquido.

CAPÍTULO IV

Efectos de las corrientes.-Electrólisis y Galvanoplastia

FECTOS DE LAS CORRIENTliS.-Estos efectos son muy distintos de los de la electricidad estática; lo cual obedece á operarse en estos. últimos una recomposicion instantánea de dos cargas eléctric&s á potenciales II?UY distintos, mientras que los primeros resultan de una recomposicion lenta de las cargas, á potenciales poco distintos, que se encuentran en los dos polos de la pila. Gracias á su continuidad, los efectos de las corrientes son mucho más notables que los q.e las máquinas e'léctricas. Al igual que los dé la electricidad estática, se les puede dividir en efectos fisiológicos y mecánicos, químicos y físicos. Estos últimos los más numerosos y variados, comprenden los efectos caloríficos, luminosos, magnéticos y los efectos de induccion. Los efectos químicos, los efectos caloríficos y los efectos luminosos dependen particularmente de 1a cantidad de electricidad que se mueve en la pila, y, por consiguiente, de la superficie de los pares. Se les obtiene, en general; con pilas montadas en cantidad ó en batería. Los efectos magnéticos, por lo contrario, FÍSICA IND.

así como tambien los efectos fisiológicos, de-· penden de· la diferencia de potenciales, y, por lo tanto, del número de pares; manitestándoseles principalmente con elementos montados en série. Ya hemos demostrado antes que el máximo efecto, con un número de pares dado, se obtiene disponiéndolos de modo que la resistencia interior de la pila sea igual á la del circuito exterior que oeba recorrer la corriente. Los efectos de la pila aumentan con la intensidad de la corriente. Caudales fisiológicos de electricidad: .° 0

\ PECES ELÉCTRICOs.-En el estudio de los varios caudales de electriciaad que hemos ido explicando, se verifica un fenómeno que no habrá escapado sin duda al lector, y es que, todas las acciones que engendran electricidad son producidas tambien por este agente: así, las acciones mecánicas, las acciones químicas, el calor, forman caudales de electricidad y son producidos por ella. No de be pues sorprendernos que se produzca electricidad en los seres vivientes, que verdaderamente_ son tan sensibles á su accion, particularmente si se considera el gran número de reacciones químicas que arrancan de ellos y si se recuerda que T.

11.-54

FÍSICA INDUSTRIAL

estos cuerpos emiten calórico y que la mayor parte de caudales caloríficos son tambien caudales eléctricos. Vamos pues á ocuparnos, en primer lugar, de un caso particular muy curioso: el de los animales provistos de un órgano eléc_trico especial, debiéndose observar . que estos animales son peces, es decir, animales que viven en un medio buen conductor. Los pescadores de Italia y de la anti gua Greciahabian observado cierto pez plano que tenia la propiedad de producir sacudidas si se le tocaba con la mano y de matar ó á lo menos aletargar, para su defensa ó para hacer presa en ellos, los animales que pasaban cerca de él. Este pez recibió el nombre de torpedo, para recordar esta propiedad singular. Platon le menciona y Scribonius, Largus, Galiana y Dioscórido le citan como curativo de la gota y de las jaquecas, por efecto de sus conmociones. Los mqdernos han descubierto otros peces dotados de iguales propiedades. Para explicar los efectos que producen se decia que arrojaban moléculas aletargantes. Reamur comparaba la accion de este pez con la de un muelle que se desarrolle bruscamente, ó de un cuerpo que vibre con violencia. Despues del descubrimiento de la botella de Leyden, Muschembrredc comparó inmediatamente sus efectos con los del pez torpedo. A partir de esta época, á los peces que antes se habian seña.lado con los nombres de peces temblones, aletarg antes, mágicos, se les llamó peces eléctricos. Entre los doce que hoy dia se col).ocen, citaremos los siguientes: Torpedo narke Risso, Torpedo Galvanii, Torpedo Marmorata, Torpedo Unimaculata, que se encuentran en el Mediterráneo y en los bajos fondos pantanosos de las costas occidentales de Francia; el Gymnote eléctrico ó anguila de Surinam, extendido por el Orenoque y sus afluentes; el Silurc eléctrico (malapterurus electricus) que se encuentra en el Nilo y en el Senegal; el Tetrodon eléctrico y el Trichiure eléctrico que habitan el mar de las Indias. El Gymnote es el mayor de todos. Humboldt ha visto de ellos que tenian 2'60 metros de longitud. Los peces eléctricos no tienen escamas y su piel está cubierta de una mocosidad que, segun Volta, conduce la elec-

tricidad mucho mejor que el agua. El Torpedo y el Gymnote se han estudiado con detencion, en particular el primero. Propiedades de los peces eléctricos.-El torpedo (fig. 85) es una especie de Raya, que alcanza á veces o' 50 metros de largo . Al tocar con la mano un torpedo vivo fu.era del agua, se recibe una conmocion, que se deja sentir hasta en la espalda, y va seguida de un aletargamiento análogo al que se experimenta cuando se comprime el nervio cubital al golpearse el codo. · La conmocion es más intensa si se aplican las manos sobre la espalda y debajo del vientre del animal. La pueden sentir varias personas formando cadena, de las cuales la primera toque la espalda y la última el vientre del animal. La sacudida puede transmitirse por los cuerpos buenos conductores y los pescadores conocen que hay un torpedo en sus redes, cuando, el echar agua páta quitar el limo, reciben una conmocion. A través del agua es cuando el torpedo mata ó aletarga los peces que han de ser su presa. Por lo contrario, se puede tocar impunemente un torpedo con cuerpos malos conductores, ó con buenos conductores que prese·nten una ligera solucion de continuidad. La conmocion del torpedo depende de su voluntad; se puede tocar este pez sin experimentar ninguna sacudida; más si se le excita tocándole las aletas ó "remos, produce inmediatamente varias descargas muy repetidas. Si el animal está continuamente escitado, va perdiendo poco á poco su energía, acabando por ser insensibles las conmociones, aunque p·e rmanezca en yl agua, y únicamente al cabo de un buen rato es cuando vuelve á adquirir toda su energía. A la temperatura de cero grados, el torpedo pierde sus -propiedades y las vuelve á adquirir en el agua á r 5 ó 20 grados. En el agua á 30 grados muere prontamente produciendo un gran número de descargas. Las conmociones del gymnote son formidables: habiendo colocado Humbold ambos piés sobre uno de estos peces que se acababa de sacar del agua, recibió una sacudida tan violenta, que experimentó durante todo el dia grandes dolores en casi todas las coyunturas. Estas conmociones son tan fuertes á veces que derriban un caballo: cerca de Uri-

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

ticu, en Colombia, se tuvo que cambiar la diseminando por el cuerpo del pez miembros direccion de un convoy, cuyo camino cortaba de rana, preparados por el sistema Galvani, un rio que debian atravesar los mulos á nado, se observa que la electricidad no se produce á causa de haber muerto un gran número de en cantidad igual _por todos los puntos del estos por las descargas de los gymnotes. Hum-: cuerpo; es en cantidad máxima sobre los órboldt dice que para pescar estos peces los ganos eléctricos, de suerte que se puede coger indios de Cumana se reunen en gran número el pez por la cola sin recibir ninguna conmoy espantan á los caballos salvajes para que se cion. En los experimentos que practicó Faraday dirijan al rio, en donde con sus pataleos hacen salir los gymnotes del fondo. Estas anguilas en un gymnote vivo, observó que la parte amarillentas y lívidas se adhieren al vientre anterior del cuerpo es positiva y la parte posde los caballos, produciéndoles descargas rei- terior negativa. Con este ejemplar obtuvo teradas tan violentas que les derriban y aho- todos los efectos de las corrientes: la chispa, gan en el rio. Así que estos peces han agotado la desviacion de la aguja imantada y descomsu energía, se les coge por medio de los arpo- posiciones químicas; este físico compara la conmocion del gymnote á la de una batería nes atados á unas cuerdas. Origen eléctrico de las propiedades del tor- de 27 decímetros cuadrados de superficie arpedo.-El torpedo y los peces análogos pro- mada. Organo eléctrico.-El órgano eléctrico e ducen todos los efectos generales de la electricidad. Walsh obtuvo una chispa eléctrica con del torpedo (fig. 85) está compuesto de tubos el gymnote y pudo comprobar que la espalda aponeuróticos A, de forma prismática, exadel torpedo da electricidad positiva y el vien- gonal casi siempre, en número de 400 á 500 tre la negativa; sin embargo, no pudo obtener en cada órgano, y pegados unos á otros corrio ninguna chispa. Matteucci· y Linari, la obtu- los alvéolos de las abejas . Forman dos masas vieron del modo siguiente: Colocaron el ani- semi-lunares e, dispuestas simétricamente á mal bien plano entre dos placas metálicas ambos lados de la cabeza, adosadas á las agaaisladas (fig. 86); dos botones de metal o, sos- · llas, que van de la region dorsal á la region tenidos por estas placas, llevaban dos hojas abdominal, íntimamente. unidas por los dos de oro situadas á muy poca distancia una de extremos á la piel, á través de la cual es fácil otra. Se hizo presion en el plato superior, distinguirlas. Cada prisma está dividido transpara escitar al torpedo, y entonces se produjo versalmente por dos mem~ranas muy próxiuna pequeña chispa entre las hojas de oro. mas, constituyendo celdillas llenas de una Davy, Becquerel, Breschet y Matteucci, ob- substancia semi-flúida compuesta de gelatina tuvieron la desviacion de la aguja de un reó- y de albúmina. Desde un principio, ya llamó metro c-uyos eléctrodos comunicaban con las la atencion la analogia de la forma que existe regiones dorsal y abdominal de un torpedo; la entre estos tubos y la pila de columna. El concorriente pasa de la espalda al vientre por el torno de este órgano es más delgaélo que su reómetro. Davy produjo tambien descompo- centro y está cubierto con una membrana fisiciones químicas. Matteucci las obtuvo del brosa fácil de separar. Por último, tiene unos modo siguiente: colocó el pez entre dos discos troncos nervudos muy gruesos, que parten de platino aislados, en los cuales extendió del cérebro e, que se subdividen en cada órhojas de papel impregnadas de yoduro de gano, extendiéndose sus últimas ramificaciopotasio, y las unió por medio de un alam- nes, en forma de abanico, por los tabiques bre de platino. Despues de cierto número de transversales de los prismas. En el gymnote, los los prismas se dirigen de descargas, a pareció una mancha rojiza de yodo hacia el vientre, en el punto en donde el alam- la cabeza á la cola ; por esto es que los polos bre de platino suministraba el flúido positivo eléctricos están situados en las regiones opuestas del cuerpo. Los prismas están igualmente de la cara dorsal. dispuestos longitudinalmente en el siluro. Poniendo en comunicacion fos hilos de un Segun Galvani y Spallanzini, si se cortan, reómetro en varios puntos de la espalda y del ó si se comprimen, atándoles, los troncos nervientre, ó bien, como lo practicaba Matteucci,

I •

FÍSICA INDUSTRIAL

vudos correspondientes á uno de los órganos de µn torpedo, se le hace impotente, mientras que el otro continua funcionando. Matteucci observó que, si se cortan ciertas ramificaciones nerviosas, se paraliza la potencia de la parte sola del órgano en donde se ramifican. Aislando rápidamente el órgano de un torpedo y dejando intactos los troncos nerviosos que están en comunicacion con el cerebro, y cubriéndole luego con miembros de ranas, observó que estos .se agitaban, pero solo en las partes del órgano que comunicaban con las ramificaciones nerviosas que irritaba. El reómetro es un instrumento que se presta tambien á esta clase de experimentos. Lóbulo eléctrico.-Tambien descubrió Matteucci que eJ lóbulo posterior del cerebro, que aparenta ser un hinchamiento de la médula prolongada y de la cual arrancan los troncos nerviosos, es el único capaz de determinar descargas cuando se le irrita; por cuyo motivo se llama lóbulo electrico. Si se irrita el borde de este lóbulo, el órgano que se encuentra en este mismo lado es el único tambien que produce descargas, aun cuando esté como muerto el torpedo y no se muevan sus agallas. Por lo demás, el lóbulo eléctrico y los nervios que se ramifican en el órgano no tienen más funcion que producir ia descarga, asemejándose en esto á los nérvios de los órganos µe los sentidos. La accion nerviosa que escita la descarga se propaga en sentido de las ramificaciones de los nérvios; puesto que, si se corta un órgano en dos, transversalmenté á los prismas, y si se irrita con una punta uno de los nérvios visibles de la seccion, no se obtiene electricidad más que en las partes del órgano en donde se ramifica el nérvio, y no en las más próximas al cerebro. Una parte insignificante del órgano que se tome del pez vivo, puede dar descargas si se irrita de un modo cualquiera el filamento nervioso que en él se ramific_a. • Estos resultados se comprueban con el reómetro ó con miembros de rana uno de cüyos nérvios, bien separado, se ponga en contacto con el punto que se estudia. Hé aquí como esplica Matteucci los efectos de los peces eléctricos: cada celdilla es un órgano elemental 1 en el cual se produce la electricidad independientemente de la accion

nerviosa; puesto que un fragmento cúbico separado del órgano produce durante 24 ó 30 horas, una desviacion constante de un reómetro de 24,000 vueltas. Al dejarse sentir la accion nerviosa, cada prisma, compuesto de celdillas sobrepuestas, se asemeja á unaJurmalina ó á un iman, formándose en sus extremos dos polos contrarios, tanto más cargados de electricidad cuanto en mayor número sean las celdillas. El órgano eléctrico es, pues, un aparato multiplicador, debiéndose observar, al propio tiempo, que los prismas más largos, situados en el centro, son los que producen las descargas más fuertes. Si las del gymnote no son tan fuertes corno podría esperarse atendida la gran longitud de los prisrnasJ se debe á que los tabiques están mucho más separados que los del torpedo. Si se considera la pérdida de energia de los peces eléctricos por las numerosas descargas cada vez más débiles, el recobro de su potencia por el reposo y la estructura del órgano eléctrico, no puede menos de comparárseles con las pilas secundarias de Planté, que producen los mismos efectos, si bien la electri,,cidad que adquieren la deben á un caudal muy distinto. CORRIENTE MOLECULAR

Corriente pecuUar de la rana.-A raíz de la discusion que entablaron Galvani y Volta, sobre el origen de las contracciones de la rana, observó el primero que se pueden obtener movimientos muy marcados, poniendo simplemente en contacto cualquier parte del músculo con nérvios. El experimento se ejecuta ordinariamente del modo siguiente: despues de preparada una rana gruesa y muy viva por el sistema Galvani, se separan los nervios lumbales, de la columna vertebral, conservando únicamente una parte de ésta para mantenerles por su parte superior (figura 87), luego se dobla una de las piernas hasta que toque el nérvio; inmediatamente se produce una contraccion. Aldini practicó un sin número de experimentos, en los cuales ponía erí comunicacion los nervios y los músculos de la rana con su propio cuerpo ó con cadáveres de animales. Galvani veía en esto una nueva confirmacion de sus ideas sobre la electricidad fisioló-

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

gica, y Volta lo relacionaba con su te oria del de rana reden preparada, provista de un largo contacto. En I 797, Humbdolt adelantó la idea filamento nervioso, é introducida en un tubo de que debia existir una electricidad animal, de vidrio que sirve de aislador (fig. 89). Si se independientemente de cualquier accion física ponen dos puntos del filamento nervioso en ó química exterior; y en 1872, Nobili demos- contacto con dos puntos del cuerpo cuyo estró que las contracciones, en el experimento tado eléctrico ·se desea conocer, se observan anterior, se deben á una corriente eléctrica, contracciones que indican la presencia de la que va de los músculos á los nérvios por el electricidad. Esta especie de reóscopo, emínterior de la rana; con lo cual prueba la exac- pleado frecuentemente por Matteucci, puede titud de las ideas de Galvani, que los sorpren- dará conocer la direccion de la corriente que dentes descubiimientos de Volta ha bian rele- circula por los nérvios entre los d_os puntos gado al olvido. Para demostrar la existencia tocados: si la pierna experimenta contracciode esta corriente, sumergía Nobili separada- nes cuando se introduce la corriente, y no se mente los miembros y los nérvios lumbales mueve cuando se suprime esta, demostrará de una rana reden preparada, en vasos de que la corriente.marcha en sentido de las ravidrio llenos de agua destilada (fig. 88), en mificaciones del nérvio; marchará en sentido los cuales introducía los extremos del alambre contrario cuando la contraccion soio se prodel reómetro de dos agujas que acababa de duzca en el momento de abrir el circuito. Para inventar. Con ello obtuvo una desviacion que conocer bien, por este medio, el sentido de la indicaba una corriente dirigida de los nérvios corriente, debe aguardarse que el miembro á los miembros, señalada con el nombre de haya perdido algo de su irritabilidad. corriente pecult'ar d'e la rana. Des pues de este Corriente muscular. - Matteucci a.emuesdescubrimiento capital, formó Nobili pilas de tra que no son necesarios los nérvios para la varias ranas combinadas en el mismo órden, produccion de la corriente propia: para ello en una série de vasos, y obtuvo desviaciones prepara dos pilas de seis ranas iguales; en la tanto mayores cuanto mayor era el número una los miembros están desprovistos de .tode elementos. dos los nérvios visibles, mientras que se les Matteucci se ha ocupado tambien de la cor- conserva en la otra; coloca estas dos pilas riente de la rana, empleando el método de opuestamente una á otra y obtienen una déNobili: en los extremos del hilo del reómetro bil corriente diferencial en sentido de la pila coloca unas placas de platino terminadas en que no contiene nérvios. EVinteriot del múspunta, cubiertas con un barniz aislante, ex- culo produce electricidad negativa y el extecepto en una misma extension de las dos pla- rior flúido positivo; puesto que si se introcas, las cuales sumergia simultáneamente. duce uno de los extremos del alambre de Tambien ponia simplemente las placas de platino de un reómetro al fondo de una inciplatino mojadas, en contacto con los múscu- sion, estando en contacto el otro extremo con los y los nérvios de la rana, colocada bien la superficie del músculo, se obtiene una corplana sobre una mesa impregnada de un bar- riente que pasa por el reómetro, del exterior niz aislante. Operó igualmente en ranas en- al interior del músculo. Tambien formó Matteras desolladas, y por último, en ranas vivas, teucci pilas musculares reuniendo porciones practicando una incision en ellas para poner de músculo rana (fig. 90); la corriente pasaba al descubierto un nérvio lumbal que tocaba .á través de la pila, de la base ma.yor de cada con una de las placas de platino, mientras es- muslo á la base menor, ó del interior de los taba en contacto la otra con un ten.don des- músculos al exterior. Si existen nérvios, estos producen los mismos efectos que la parte innudo de la pierna. Ponie.ndo varias piernas de rana en série, terior de los músculos. Matteucci ha observado tambien la exisde modo que el nérvio que sale de cada una de ellas descansase en los músculos de la si- tencia de la corriente muscular en varios aniguiente, formó una pila que produjo una cor- males de sangre caliente, tales como palomas, riente más intensa que la de una rana entera. conejos, ovejas, hacierido una herida en un Rana reoscópica. - Se llama así una pierna músculo y colocando los extremos del alam-

. 430

FÍSICA INDUSTRIAL

bre del reómetro, uno al fondo de la herida y el otro en la superficie del músculo. Practicó la operacion de otro modo, introduciendo el extremo del nérvio de la rana reoscópica en la herida y haciendo tocar con el borde otro punto de este nérvio. Por último, formó pilas musculares con fragmentos de músculos de diferentes peces, trozos de msúculo ó de varios músculos de conejos, de palomas, ó de pájaros. La corriente aumenta de intensidad con el número de fragmentos, pero se debilita con rapidez, siendo tanto menor su duracion cuanto mayores son los animales en la escala de los séres. Ley de la corriente 1nuscular. - En las pilas musculares de ranas, la corriente es de sentido contrario al que se observa en los experimentos de Galvani y de Nobili (figs. 87 y 88); por cuyo motivo distinguió Matteucci lo que él llama corriente propia de los animales y la corriente muscular. Du Bois-Reymond practicó varios experimentos por medio del reómetro de 24 á roo vueltas, con los cuales demuestra la intensidad de estas dos corrientes y establece la ley siguiente: La corriente muscular se manifiesta siempre que se haga comunicar, por medio de un reómetro, un punto de la superficie lateral de los cuerpos de fibras musculares con un punto de una seccton transversal natural ó artificial de estas fibras. Esta corriente se dirigió, por el reómetro, de la superficie lateral á la seccion transversal. Sin embargo, tambien se puede producir una corriente poniendo en comunicacion dos puntos de la SU.IJerficie lateral. Por ejemplo, en un músculo cHíndrico no- habrá corriente si los extremos del hilo del reómetro están igualmente distantes de los centros de las bases; pero, si uno de estos extremos está más cerca de una de las bases, se manifiesta entonces una corriente que atraviesa el reómetro partiendo del otro extremo. Esta corriente es siempre muy débil y se hace más intensa tocando la misma base del músculo. Los nérvios, durante su vitabilidad, están sugetos á las mismas leyes que los músculos, es decir, que produce.n una corriente sensible, dirigid~, en el reómetro, de la superficie lateral, ó de la seccion longitudinal, á la seccion transversal.

Si se opera sobre varios músculos, se halla que la corriente es tanto más intensa cuanto mayor sea la energía ctrn que debía obrar el músculo en vida: así, los músculos del corazon dan una corriente enérgica, y los que rodean los intestinos la dan muy; débil. Si en los músculos de una rana se determinan contracciones tetánicas contínuas, irritando el nérvio mecánicamente, ó por el calor, ó por acciones químicas, lá corriente muscular se debilita rápidamente. Este cambio en el estado eléctrico de los músculos puede accionar nuevamente en una rana reos_cópica cuyos nérvios se pongan sobre lo:> músculos que se hacen contraer; á cada contraccion que se produzca excitando los nérvios, la rana reoscópica se agita. Este notable . fenómeno, llamado contraccion induct'da, fué descubierto por Ma tteucci y comprobado en ranas y en cone3os, cuyos músculos de la pierna, desprovistos de su envolvente aponeurótica, excitaba por medio de un par voltáico. Bois-Reymond introdujo en el circuito de un reómetro tos miembros inferiores de una rana, sin obtener corriente alguna; pero, así que produjo contracciones tetánicas en una de las piernas, excitando el nérvio que llegaba allí, por medio del azoato de estrignina ó por cualquier otro medio, obtuvo entonces una corriente que se dirigía, en el reómetro, del miembro contra.ido al que no lo era. Al principio las· dos corrientes se destruian en ambas piernas; mas des pues, debilitándose una de ellas por la contraccion, dominaba la otra. Origen de la corriente muscular. - ¿Cual es el origen de las corrientes en los varios experimentos que acabamos de desarrollar? ¿ Debe reconocerse en ellos el resultado de una accion orgánica que subsiste algun tiempo despues de la muerte, ó es un efecto de las acciones químicas variadas que se resuelven en la profundidad de los órganos? En este caso, la electricidad producida tendrá un origen verdaderamente fisiológico. Mas, como en estos experimentos, se ha operado despues de efeshollados ó heridos los animales, debe suponerse la existencia de acciones químicas ~xteriores producidas, ya por los humores trasudados por las superficies cortadas ó puestas al descubierto, ó por la accion del aire sobre estas superficies.

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

El aire ejerce ciertamente acciones químicas en los tejidos heridos, y estas acciones contribuyen á producir el dolor; lo cual explica la posibilidad de poder cortar, desgarrar' músculos, sin ocasionar sufrimiento alguno operando al abrigo del aire. A pesar de esto, experimentos directos practicados por Bois-Reymond le condujeron á no admitir la accion del aire como causa de la electricidad muscular; é igualmente Matteucci, apoyado en los· suyos, tampoco admite la accion de los flúidos trasudados, por haber observado en su pila ciertos músculos que daban los mismos resultados en gases muy distintos. Para desvanecer cualquier duda debe operarse en animales vivos é intactos, que es lo que hizo Bois-Reymond en ·el siguiente experimento. Corriente muscular por la contraccion del bra 1o.-Este notable experimento se practica como sigue: se sumerge un dedo de cada mano en dos vasos separados, llenos de agua salada, y en esta se introducen dos placas de platino puestas en comunicacion con el alambre del reómetro de 24,000 vueltas (fig. 91). Encontrándose en reposo la aguja, se contraen fuertemente los músculos de un brazo oprimiendo con la mano un palo de madera a b, procurando no mover los dedos que están sumergidos en el agua salada; en este instante se observa una desviacion de la aguja, que indica el paso de una corriente dirigida, en el reómetro, del vaso qué comunica con el brazo sin contraer al vaso opuesto. Iguales resultados se obtienen si en vez agua salada se emplea el ácido sulfúrico dilatado; por medio de' disoluciones de potasa, azoato ó acetato de sosa, sulfato de cobre, con agu.a de fuente. Bois-Reymond esplica estos resultados süponiendo ya antes la existencia en ambos brazos de corrientes iguales que se cruzan;· al contraer uno de los brazos, la corriente correspondiente á él se debilita, y aumenta la otra. Ciertamente que, en la rana, uno de cuyos músculos se haga contraer, la corriente es en sentido inverso; pero debe atenderse que la di'sposicion de los músculos es distinta en estos miembros y en el brazo del hombre. Para repetir este experimento, basta tomar con las manos unos cilindros de cobre en cuyos extremos esté soldado el hilo del reómetro de r 5 á 20,000 vueltas. Despues de apoyar

43 1

en una mesa las manos que cogen los cilindros, otra persona se apoya fuertemente en una de ellas y se obtiene una corriente que cambia de sentido con la mano que se comprime. La corriente observada se atribuía al calor producido por la contraccion, á la congestion sanguínea ó á la transpiracion consiguiente á ella, circunstancias que estudió sucesivamente Bois-Reymond, demostrando de un modo directo que, en el caso de producir corrientes, su direcciones contraria á las que se observan durante la contraccion. Repitió Becquerel este exper,imento contrayendo un brazo y sumergiendo los dedos en los vasos despues que hubo cesado la contraccion, observando tan solo una débil cor·riente, cuyo resultado esplica Bois-Reymond por la persistencia en la modificacion experimentada por la corriente muscular despues de la contraccion. Así es en efecto, por cuan to, al repetir el experimento en la forma ordinaria, se nota que la aguja vuelve al estado de equilibrio con una extraordinaria longitud al cesar la contraccion del brazo. Estos resultados los confirma Buff formando una cadena de 16 personas que se cogen .con las manos mojadas, y obtiene una desviacion· de 10 á 12 grados al contraer todas ellas el mismo brazo. Al contraer el otro brazo la corriente cambiaba de sentido. Por último, BoisReymond se aplicó vejigatorios á la cara dorsal éle sus brazos parn levantar la epidermis mal conductora y, poniendo en contacto· las dos partes descubiertas, con las placas del reómetro, obtuvo una desviacion de 60 á 70 grados, mientras que solo era de 2 á 3 grados con la epidermis adherida. Estos experimentos demuestran la existencia de corrientes eléctricas en los animales vivos, debidas probablemente, al igual que el calor animal, á las variadas reacciones químicas que se desarrollan en la profundidad de los órganos. Forzosamente, deben desempeñar cierta mision útil á las fun cion es vitales, disipándose dificilmenteal exterior cuando está intacto el organismo, á menos que, c~mo en los peces eléctricos, haya un aparato destinado á condensar la electricidad. Electricidad de los vegetales .

Electrt'cidad en la g erminacion. - En sus investigaciones sobre el origen de la electri-

FÍSICA INDUSTRIAL 432 cidad de la atmósfera, desarrolla Pouillet el ex- quen por medio de una mecha de algodon moperimento siguiente: en una cámara cerrada, jade, con lo cual se obtiene .u na corriente, no bien seca, aisló doce vasos de vidrio barniza- sucediendo lo mismo si se corta el fruto Iondos y llenos de mantillo húmedo en el cual gitudinalmente. Wastmann, Zantedeschi y Becquerel, dese habia sembrado trigo y por medio de un ~lambre comunicaba con el plato de un elec- muestran la existencia de corrientes eléctritrómetro condensador. Mientras el gérmen de cas en las espigas, en las raíces y en las hojas las semillas no salia de la tierra, no se produjo de los vegetales. Becquerel operó del modo ningun fenómeno; pero á los tres dia·s, al apun- . · siguiente: cortó un tallo de un álamo jóven tar la germinacion se presentó constantemente en plena savia, é introdujo uno de los hilos el condensador cargado de electricidad nega- de platino del reómetro en el corazon y el tiva. Recibiendo el condensador electricidad otro en una capa del leñoso ó del sistema negativa, el ácido carbónico y el vapor de cortical, obteniendo así una corriente parcial agua exhalados por las partes ve'rdes deben del corazon que se iba debilitando á causa de la polarizacion secundaria de los hilos de forzosamente absorber el flúido positivo. platino, y era tanto más intensa cuanto más elecde caudal un Segun Pouillet existe allí tricidad atmosférica, y estima que una super- cerca estaba el hilo exterior de la epidérmis. ficie de roo metros cuadrados cubierta de ve- Si cuando este hilo se encuentra cerca de la getacion, desprende en un dia una cantidad epidérmis se saca el otro del corazon para de electricidad suficiente para cargar una po- aproximarle á la corteza, la corriente se debilita; y si este hilo se coloca entre la madera tente bateria. Sin embargo, los experimentos de Riess y la corteza, en la capa de cambio que las sedemuestran todo lo contrario de los de Poui- para, la corriente cambia de sentido y enllet. En ellos sigue el mismo método que este, tonces el flúido positivo sale de la epidérmis. Si se toma un pedazo de corteza desgajada pero opera comparativamente, empleando dos aparatos semejantes, en uno de los cuales el del árbol y se aplican los hilos del reómetro mantillo no contenia ninguna semilla germi- á la cara interna y á la cara externa desponada . Observados diariamente los dos apara- jada do su epidérmis, se obtiene tambien una tos, ambos le dieron señales de electricidad corriente, pero que se debilita con mucha que, · ya era positiva ó ya negativa, siendo más prontitud que en el caso anterior; lo cual idénticos los resultados en ambos aparatos. demuestra que la accio~ del aire atenua las Fuerza es deducir de esto que la electricidad propiedades eléctricas. Becquerel explica las corrientes de que observada se debe á alguna causa accidental independiente de la germinacion. acabamos de tratar, por la reaccion de la Corrientes de los vegetales. - Donné ob- savia rica en oxígeno que su be por el leñoso, tuvo corrientes introduciendo alambres de sobre la savia que baja por el tejido cortiéal platino fijos al reómetro, uno cerca del ra- perdiendo el oxígeno que contiene. 'La savia billo y otro cerca del extremo opuesto de ascendente obra como un ácido con relacion varios frutos . En los fruto_s de pepita la cor- á la otra. Basta tan solo sumergir en el agua riente va del rabillo á la yema, y en sentido unas agujas de platino que se acaben de sacar opuesto en los frutos de hueso . Si los dos del leñoso y la corteza para que se obtenga hilos se introducen á igual distancia del ra- una corriente, debida á la accion química de billo, no se produce corriente. Estos efectos los jugos que se adhieren á estas agujas. deben atribuirse á la reaccion de los jugos de Si se las introduce á igual profundidad en naturaleza distinta acumulados hacia el ra- la corteza, en dos puntos situados en la misma billo y hacia la yema, que obran química- . vertical, se obtiene una corriente que indica mente unos sobre otros á través del tejido que la aguja inferior toma el flúido negativo, celular que los separa; como en efecto se por perder la savia su oxígeno al bajar. Si la comprueba si se corta transversalmente un aguja inferior está sumergida en el suelo húfruto en dos partes, y si se extrae el jugo medo á algunos metros de las raíces del vede las dos mitades en vasos que se comuni- getal, ya sea leñoso ó herbáceo, se obtiene

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

una corriente que parte de la aguja sumergida. en el suelo. Este resultado se explica suponiendo que la savia ascendente comunique á las raices la electricidad positiva que toma al obrar sobre la savia descendente. En vez de introducir una de las agujas en las capas exteriores del vegetal, se la puede colocar entre varias hojas sobrepuestas adheridas á las ramas. Si se la introduce en el leñoso, cerca del corazon, se obtiene muy poco efecto, como es fácil suponer. Estos efectos tienden á disminuir la electricidad negativa del suelo y ejercen sin duda cierta influencia en el estado eléctrico del aire. Las corrientes que se derivan al exterior de la planta, tienden á demostrar que por su interior circulan corrientes elécfricas en varias direcciones. Buff á hecho experimentos, en algunos de los cuales tuvo cuidado de no herir ó mutilar las plantas. Dos vasos que contenian mercurio recibian los hilos de platino rodeados por un tubo de vidrio puesto en comunic!!cion con un reómetro. En el agua que cubria el mercurio estabaµ sumergidas las dos partes del vegetal cuyo estado eléctrico se comparaba. Si ~stas partes eran hojas ó raíces arrancadas con cuidado del suelo y lavadas con agua corriente, se obtenía una corriente, eléctrica á través de la planta, en sentido de las raices á las hojas. En una rama separada del tronco, la corriente se dirigia igualmente hacia las hojas. En las setas el interior es negativo con relacion á la superficie intacta. Buff deduce, en general, que las raices y todas las partes interio.c..es de las plantas que están ocupadas por · los jugos. son negativas, con relacion á las superficies exteriores más ó menos húmedas. Efectos fisiológicos producidos por las corrientes. EFECTOS EN Los ANIMALES MUERTOS. - Hemos visto ya que la electricidad acumulada en los cuerpos al estado estático, no puede producir los efectos fisiológicos, físicos, químicos y magnéticos que engendra cuando se precipita con explosion á través de las substancias que presentan cierta resistencia á su paso. La electricidad en movimiento de las corrientes produce los mismos fenómenos, como ya hemos visto, pero de un modo muFfsrcA. IND.

433 cho más claro, á causa de la continuidad del movimiento eléctrico. Pasemos á estudiar en detalle ahora los varios efectos de las corrientes, prescindiendo de los efectos magnéticos, de que se tratará separadamente, por depender de una muy notable teoría debida á Ampére, por medio de la cual se ha conseguido relacionar todos los fenómenos magnéticos con los de Ía electricidad. Antes de entrar en materia observaremos que todos los efectos que vamos á estudiar, sea cual fuere el caudal eléctrico á que deban La corriente, provienen de] roce, de las acciones químicas y de otras varias causas. Fenómenos generales.-El primer experimento que citaremos es el de la rana de Galvani, que fué el fundamento del descubrimiento de la pila. Al poco tiempo varios físicos, particularmente Galvani y A.ldini, aplicaron este maravilloso aparato á animales ó á partes de animales de gran tamaño. Aldini se servia de una pila de columna de roo elementos, montada con agua salada. Poniendo en comunicacion, por medio de un alambre, el interior de una oreja de un buey recien muerto, con uno de los polos de la pila, y el otro polo con una de las ventanas de la nariz, ó mejor aun, con la otra oreja, vió como los ojos se movían ep sus orbitas, las orejas y la lengua se agitaban y se hinchaban las narices. Varios cadáveres de bueyes, carneros, perros, conejos y pollos, dieron tambien movimientos semejantes á los que producían en vida. Humboldt hacia pasar la corriente de la pila á través de pescados sin cabeza, y les veía saltar y sacudir la cola. Tambien se ha operado en insectos, como lo hizo Zanotti en una cigarra recien muerta, que reprodujo el canto particular que daba en vida. Los experimentos más sorprendentes son los practicados en cadáveres humanos. Buchat hizo algunos ensayos con este objeto, que no pudo desarrollar por sorprenderle la muerte. Aldini, despues, experimentó en los cuerpos de los criminales que se acababan de decapitar, llegando á producir movimientos enérgicos en los músculos de la cara y de varias partes del cuerpo. Entre los varios ex,perimentos, citaremos, T. II.

-55

FÍSICA INDUSTRIAL 434 en particular, los practicados en Glasgow, pontáneamente algunas raras pulsaciones, las por Andrew Ure, en el cadáver de un sen- da más repetidas si está atravesado por una tenciado que permanecio cerca de una hora corriente. Humboldt vió el corazon de una suspendido en la horca. Los electrodos de la carpa, que daba solamente una pulsacion en pila de 270 amperes, terminaban en punta y 4 minutos, dar sucesivamente 35, 31, 33, 12 y estaban provistos de mangos aisladores. Intro- 3 pulsaciones durante cada uno de los minudujo una de las puntas en la médula espinal 1 tos que siguieron al paso de la corriente. Espuesta al descubierto debajo de la nuca, é tos experimentos son más fáciles en animales introdujo la otra en una incision practicada de sangre fria; sin embargo, logró Humboldt en el talon; como se le hubiera doblado la acelerar las pulsaciones del corazon de una pierna antes, al establecerse la corriente ad- zorra, un raton y conejos. Los órganos de sequirió su posidon recta con una violencia crecion experimentan tambien la influencia extraordinaria. Se introdujo después uno de de la corriente, como observó Aldini haciendo los polos en una incision practicada · sobre el pasar una corriente á través de una de las cartílago de la séptima costilla y en contacto glándulas salivales de un sentenciado, obteel otro con un nervio del cuello (/rínico i1- niendo una secrecion abundante de saliva. Condiciones y leyes de la contraccion.-La quierdo); entonces subió y bajó el pecho produciendo un ruido especial; el diafragma, los primera condicion para que la contraccion se intestinos fueron repelidos y atraídos alter- verifique, es que la corriente recorra los nernativamente, verificándose todos los movi- vios en sentido de su longitud; si solo atraviesa las masas musculares no se proa.ucen mientos que acompañan á la respiracion. Tocado un nervio de la ceja (supra-orbital) efectos, á. menos que la corriente, muy enércon uno de los electrodos, mientras estaba gica, siga alguna de las ramificaciones nercolocado el otro en la incision del talon, los viosas que se distribuyan en ella. Se sabe músculos de la cara se contrayeron de un que, si se irritan los nervios por medio de modo espantoso. La rabia, el horror, la deses-:- acciones mecánicas, con un hierro rojo ó con peracion, !a angustia y repugnantes sonrisas ácidos se obtienen contracciones; si se hace unieron su horrible espresion á la cara del una atadura á un nervio y se le irrita por asesino, á cuya vista, afectados varios espec- debajo, tambien se producen contracciones, tadores se alejaron de aquel espect~culo, lle- mientras que no es así si se le irrita por · el gando uno de ellos al extremo de desmayar- lado opuesto. Los mismos resultados se obse. Haciendo pasar la corriente, de la médula tienen si se hace pasar la corriente á través de espinal al nervio ulnario del codo, ó á una una parte del tronco nervioso, por debajo ó ligera incision hecha en un dedo, se vió como por encirpa de la atadura. De esto se deduce se movian los dedos con viveza y se agitaba que la electricidad obra como excitante del el brazo convulsivamente, pareciendo como sistema nervioso. Después de la muerte, los músculos van · si el muerto señalase á los varios espectadores. Debemos observar que todos estos movi- perdiendo poco á poco la propiedad de contraerse, y los nervios, la de escitar las contracmientos eran inseguros y desordenados. En vez de · cadáveres de muerte violenta, ciones cuando se les irrita. W alli dice que las quiso Aldini experimentar tambien en cuer- partes de los nervios más próximas al cerebro pos de muerte natural, pero no obtuvo nin- son las primeras que pierden estas propiegun efecto en estos; lo cual se concibe con fa- dades al atravesarlas una corriente. Matteucci cilidad, pordebilitarse gradualmente la exci- confirma este resultado operando enun nervio tabilidad de las varias partes del organismo. que, sometido á la accion de una corriente ya Los músculos que no están sometidos á la no podia excitar contracciones y sin embargo voluntad, como el corazon, la telilla muscular las producía al hacer pasar la corriente por del estómago ó de los intestinos, pueden tam- entre dos puntos más a,partados del cerebro. Si la corriente es perpendicular á la longibien contraerse durante el paso de una corriente, contrariamente á la opinion de Volta. tud de los nervios no se excita la contraccion El corazon que, despues de la muerte, da exde los músculcs. Este fenómeno, observado

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

por Galvani, lo comprobó Matteucci tomando dos piernas de rana p;rovistas de un largo cordon nervioso (fig. 92); el nervio de la rana está cortado é interrumpido en un espacio a b, de 2 centímetros de largo, á través de.! cual pasa el nervio n de lá otra pierna. La conmocion entre los puntos a y b y el nervio n se es·t ablece con una gota de agua destilada. Se ponen en comunicacion los puntos a y b con los polos de una pila; la corriente atraviesa transversalmente el nervio n, y la pierna á que pertenece no experimenta ninguna contr::.ccion, mientras que la otra se agita convulsivamente. Corriente contín:ua . - Las contracciones sólo se manifiestan en el instante de hacer pasar la corriente por los músculos y en el momento de cortarla, de ·suerte que no se producen mientras circula la corriente con ·una intensidad constante. Nobili ha tratado de explicar este resultado, observado tambien por Volta, suponiendo que la corriente modifica en un instante el estado de los nervios, cuya modificacion desaparece con la corriente. Tambien observó que al establecer ó cortar la corrienté con pausa y no bruscamente, ya no se producen contracciones. Si la corriente es enérgica y subsiste durant( mucho tiempo, la modificacion producida en los nervios y los músculos se convierte en permanente y yano hay contracciones, á menos que se añada una pila más fuerte. Con todo, los músculos vuelven á adquirir póco á poco gran parte de su irritabilidad por el reposó. Tambien se les puede devolver esta por medio de una chispa eléctrica. Alternatt'vas voltát'cas. - Cuando ya no se contraen los músculos despues del paso de una corriente, se pueden obtener instantáneamente contracciones muy vivas, cambiando el sentid.o de E:Sta corriente. Con semejante alternatt'va pudo Volta producir contracciones en una rana, durante un dia entero, lo cual demuestra que la ineptitud á las contracciones consiguientes al paso contínuo de una corriente, no se debe á una desorganizacion producida en los músculos y los nervios, sino simplemente á una modificacion momentánea imprimida al sistema de las moléculas orgánicas. Influencia del sentt'do de la corriente. -El

435

sentido de la corriente ejerce una influencia muy notable. Hay contraccion, en el instante de cerrar el circuito, en los músculos por los cuales marche la corriente en sentido de las ramificaciones de los nervios, es decir, en donde es directo, segun observa Nobili; y las contracciones se verifican en él momento en que se corta.la corriente, en los músculos en donde es inverso, ó que pasa en sentido contrario á las ramificaciones. Volta comprobó esta ley observando que la descarga de la botella de Leyden no contrae los miembros de rana más que cuando la electricidad positiva _ entra por el tronco. Matteucci empleaba la disposicion de la figura 93, por medio de la cual se ven los d0s efectos al mismo tiempo. Se coloca una rana preparada en dos vasos llenos de agua que reciben los electrodos de la pila. Si la rana es muy grande, se produce contraccion en las d~s piernas al abir ó cerrar la corriente; más, al cabo de algun tiempo, al restablecer-la corrie.Q.te sólo hay contraccion en la pierna en donde es aquella directa, y cuando se la suprime, en la pierna en donde .es inversa. Esto se verifica en toda · clase de animales y explica el por qué la rana reoscópica puede indicar el sentido de las corrientes. En 1816, observó Bellingieri que casta hacer pasar la corriente á través de cierta longitud de un tronco nervioso, para observar resultados diferentes, segun entre la electricidad positiva por el punto más apartado de las ramificaciones, ó por el más aproximado. No bili distingue cinco estados de la nrna. En el primero, cuando es recien preparada, hay contraccion en el instante de establecer ó suprimir la corriente, ya sea directa ó inversa. En el segundo estado, hay fuertes contracciones al cerrar la corriente directa y al abrir la corriente inversa; no se producen al cerrar la corriente inversa y son muy débiles al abrir la corriente directa. Estas últimas no existen en el tercer estad9. En el cuarto, sólo hay contracciones en el momento de cerrar la corriente directa. En el quinto, las contracciones ya no se producen en ningun caso, á menos de emplear una corriente másenérgica. De lo que antecede se deduce que la accion de las corrientes en la excitacion del sistema nervioso, difiere esencialmente de la de los

FÍSICA INDUSTRIAL 436 demás estimulantes, por depender los efectos difícil admitir que la débil corriente debida á del sentido de la corriente. Además, se obser- la polarizacion sea capaz de excitar contracva, que: r.º la electricidad obra aún mientras ciones tan fuertes como las que dá la pila. los demás estimulantes ya no ejercen accion Matteucci da otra explicacion, segun la alguna: 2.º el cambio de sentido de la cor- cual los mismos nervios se polarir_an. por enriente reanima la irritabilidad; 3. º el cese de tero por el paso de la corriente. Entre los vala corriente determina una contraccion muy rios experimentos hechos en apoyo de esta fuerte; 4. º los venenos, como la morfina, el explicacion, citaremos el siguiente: por un ácido prúsico, que destruyen la irritabilidad alambre de platino muy fino cubierto con una del nervio para las excitaciones ordinarias, capa de algodon impregnado de agua salada la dejan subsistir por la electricidad. pasa una corriente durante un instante muy Contraccion de ruptura. - Volta explica corto; si se le pone en comunicacion con un _la contraccion que tiene lugar en el momento reómetro, produce una corriente secundaria de abrir el circuito, por un retroceso de la inte·nsa. Matteucci compara los nervios á corriente, en el instante de cerrarle el paso; un alambre semejante; el cilindro axls de los hipótesis que no admite Marianini, por cuan- filamentos nervio~os sustituye el hilo de plato la aguja de un reómetro vuelve simple- tino, y la médula nerviosa que le rodea re mente y con calma á su posicion de equili- presenta el algodon mojado. Un alambre brio al abrir el circuito: el escozor que se de zinc bien amalgamado que se coloque en siente en un rasguño del dedo, durante el lugar del hilo de platino no da corriente sepaso de la corriente, cesa inmediatamente que cundaria por cuanto no se polariza; por esto se la corta. Si en vez de abrir el circuito se Matteucci y Regnault recomiendan en los introduce simplemente un arco metálico en experimentos de electro-fisiología, el empleo los vasos que reciben el tronco y los miem- de los electrodos de zinc amalgamado ó terbros (fig. 93), se observa tambien una con- minados en almohadillas impregnadas de traccion, aunque no se suprima Ja corriente solucioÓ. de sulfato de zinc, que ofrecen la y sí solo se cámbie prontamente de la rana. ventaja de no polarizarse por los depósitos seNobili explica entonces la contraccion de rup- cundarios. tura por la acumulacion de la electricidad en Efectos en los animales vivos. los nervios, que pasa en sentido inverso en Sensaciones producidas por las corrrientes este caso. Al abrir el circuito, esta electricidad refluye en sentido de las ramificaciones flofas.-Las corrientes producen en los séres y produce la contraccion; por lo mismo, la vivientes sensaciones más ómenos vivas y concontraccion de ruptura es tanto más enérgica tracciones. El experimento más antiguo es el cuanto más tiempo haya circulado la corrien- siguiente, anterior al descubrimiento de Galte . Desde luego no se producirá si el tiempo vani. Se . colocan dos discos de zinc y de cofuese infinitamente corto, como, en efecto, si bre, uno encima y otro debajo de la lengua, se opera con la botella de Leyden) que enton- que aproxima su borde exterior hasta el conces la rana no se agita cuando el flúido posi- tacto; inmediatamente se siente un sabor ácitivo entra parlas patas, por establecarse é in- do en ~l punto de la lengua tocada por el zinc y un sabor alcalino en el punto tocado terrumpirse la corriente al mismo tiempo. Peltier explica de otro modo la contraccion por el cobre. Si el experimento se prolonga, en el momento de la ruptura· las extremida- se llega á experimentar náuseas. Volta obdes de los miembros de la rana se polarb,_an serva que el sabor varía del ácido ardiente. al y la corriente contraria producida por las ma- alcalí amargo, segun la naturaleza de los meterias depuestas, obra tan sólo cuando se tales. Estas sensaciones provienen, á lo meabre el circuito y hace contraer los músculos nos en pat'te, de la descomposicion de los en donde es directa, ó en los cuales la cor- humores de la lengua, por la corriente del riente de la pila sea inversa. La influencia par voltáico formado por los dos metales. Estos experimentos se han repetido combide la duracion del paso de está última se concibe bien con esta explicacion; más es muy nándolos de varios modos: Hunter coloca una

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

placa de metal debajo de la lengua, y otra placa de especie distinta entre el labio y la encia superior, y observa una luz bastante intensa cada vez que-establece el contacto de las dos placas. Obtiene tambien resultados semejantes aplicando las placas á los dos ojos ó una á un ojo y otra en la lengua. Humboldt sintió, des pues de experimentos semejantes cierta debilidad momentánea en la vista y una ligera inflamaciori de la coyuntiva. Aldini consiguió que los ciegos percibiesen cierta claridad, apoyando los polos de una pila en los labios y en la nariz. Estos efectos luminosos deben atribuirse á contracciones, comparables á las que se producen comprimiendo los párpados. Introdudendo Humboldt una hoja de zinc en una ventana de la nariz y poniendo ?-quella en contacto con una placa de plata colocada sobre la lengua, experimentó una sensacion de frio en la nariz, acompañada de un cosquilleo que provocaba el estornudo. El Dr. Mouro echaba sangre por la nariz cada vez que repetia este experimento, principiando la hemorragia así que percibía cierto resplandor . Volta hacia ·pasar la corriente de una pila de 40 pares de una oreja á otra y percibia un gran ruido comparable al que produce una materia viscosa en ebullicion. Ritter percibia un sonido musical en el momento de introducirse la corriente. Conmocion voltáica. - Al poner en comunicacion los polos de una pila, por medio de una parte del cuerpo, se siente una conmocion tanto más fuerte cuanto mayor sea el número <,le pares de que se compone la pila. La extension de los elementos no suple a1 número, puesto que el efecto depende de la tension de las electricidades; así doce pares en hélice solo dan una ligera. sacudida, mientras que el choque de 600 pares de una batería de cajones, produce una conmocion tan violenta que se sienten sus ef~ctos durante más de 24 horas, ocasionando durante este tiempo una gran debilidad en la parte que ~e ha experimentado. La pila de 2,000 pares que existe en el Instituto de Lóndres es capaz de matar un caballo ó un buey. Si la pila no es muy fuerte, para recibir la conmocion, -es preciso aumentar la conductibilidad de la epidérmis ,, : mojando las manos con agua salada ó acidu-

437

lada y tomar los cilindros metálicos fijos á los electrodos. La descarga eléctrica la pueden recibir simultáneamente varias personas dándose la mano; pero no todas la experimentan igualmente, dándose el caso á veces de que las que están situadas en el centro de la cadena no sientan nada, á causa de las pérdidas de electricidad. · La conrp.ocion se siente en el momento que se establece la comunicacion, y solo se experimenta luego un ligero temblor en los músculos, acampanado de una irritacíon sorda particular. Al abrir el circuito se produce otra nueva conmocion, ·como en' los animales muertos. Influencia del sentido de la corriente.-Si la corriente es directa habrá contraccion sin impresion viva, al establecerla; y en el momento de suprimirla, no hay contraccion, pero sí un dolor más ó menos fuerte . Lo contrario se verifica si la corriente es inversa. Para establecer esta ley, prepara Marianini una rana muy vigorosa, de modo que el tronco quede unido á los miembros posteriores tan solo por los dos grupos ele nervios crurales. Las patas posteriores se unen por medio de una hoja de plomo y se toman con la mano cubierta con una substancia aisladora. La parte anterior del cuerpo descansa en una placa de vidrio y se rodea una de las patas con una débil hoja de plomo que se hace comunicar con uno de los polos de una pila. Al hacer pasar una corriente de la cabeza á los piés, éstos se contraen inmediatamente. Al abrir luego· el circuito, ya no· se mueven las piernas, y el animal da un grito, se levanta y presenta todas las señales de un vivo dolor. Los efectos sorí inversos cuando la corriente -vá de los piés á la cabeza. Este experimento se ha repetido varias veces con pilas de I á 8 pares. Si la pila fuese muy enérgica, se obtendrán los mismos efectos tanto al abrir como al cerrar el circuito. · Marianini ha observado tambien que, si se cierra el circuito con el brazo, se siente una sacudida más fuerte en el brazo en donde la corriente es directa. Ritter ya habia observado un sentimiento de fatiga y de dolor en el brazo en el cual era directa la corriente y una excitacion particular en el otro brazo. Citemos, para terminar, el siguiente -ex_pe-

438

FÍSICA INDUSTRIAL

rimento de Matteucci: puso al descubierto el nervio sciático de los dos muslos de un conejo, le separó bien, lo enjugó con papel esponjoso y lo apoyó en tafetán aislante. Hizo pasar luego la corriente de una pila de diez pares, por una parte del nervio: el animal dió varios gritos y se contrajeron el muslo, la espalda y las orejas. Estos 'fenómenos cesan durante el paso de la corriente y se reproducen en el instante de interrumpirla , siendo siempre los mismos sea cual fuere su direccion. Al disminuir la irritabilidad del animal, la entrada de la corriente dir.ecta determina en las patas la contraccion sin dolor, y su supresion el dolor sin contraccion. Lo contrario se verifica si la corriente es inversa en la parte del tronco nervioso que recorre. Si la corriente pasa perpendicular mente al nervio, no se observa ninguna accion, al igual que en los animales muertos. Acciones en las varias partes del slstema nervioso. -De la ley anter~or resulta que, en el instante de cerrar el circuito, la corriente produce ya sensaciones ó ya contracciones : las primeras, cuando la corriente es inversa, y las segundas cuando es directa. Con este objeto puede hacerse una observacion importante, y es que las impresiones producidas por los agentes exteriores en los órganos de la sensibilidad, se transmiten al cerebro en sentido contrario de las ramificaciones de los nervios; y que las contracciones voluntarias son provocadas por una influencia que, partiendo del cerebro, se transmite en sentido de las ramificaciones, como la corriente al producir la contraccion á su entrada. Además, los fisiologistas dist.y;iguen fibras nerviosas destinadas especialmente á las sensadones, y otras destinadas á los movimientos. Reconocen tambien que los nervios que parten de la médula espinal se separan de ella por dos sistemas de raícés: Las unas anteriores, que motivan los movimientos, y las otras posteriores, que corresponden á la sensibili:_ dad. Estudiando Longuei y Matteucci el modo como obra la corriente en las dos especies de raíces, han observado que la corriente directa excita e-0ntracciones sólo cuando entra por las raices anteriores. Los grupos anteriores y posteriores que componen la ~édula espinal obran como las raíces correspondien tes.

Se puede pues, por medio de la electricidad, distinguir los nervios del movimiento de los de la sensibilidad. Para ello no debe emplearse una corriente muy fuerte, por cuanto podría entonces pasar la electricidad de las raíces anteriores á las raíces posteriores y recíprocamen te. Cuando se excitan los nervios de los órganos de los sentidos, se desarrolla en ellos la sensacion que les es propia: el sonido en el oído, es sabor y el olor en los órganos del gusto y del olfato, la luz en el ojo. Este último resultado se observa claramente tomando con la mano uno de los electrodos de una pila de cinco á seis pares, y tocando con la otra un punto de la vista. Hemos dicho antes que la corriente produce contraccion en -los músculos que no se encuentran bajo la ínfluencia de la voluntad. Los nervios del sistema ganglional que motivan las contracciones de estos músculos, son pues susceptibles tambien de ser excitados por la corriente, ofreciendo la particularidad de que la accion de la corriente se produce en · ellos lentamente . al principio, continua durante su paso, y subsiste algun tiempo despues de suprimida; efectos muy distintos de los que experimentan los músculos voluntarios. Ejectos debidos al paso contínuo de una corriente.- Si los músculos voluntarios no se contraen durante el paso contínuo de una corriente, ésta ejercerá á lo menos una influencia evidente en sus nervios, puesto que su irritacion disminuye poco á poco durante su paso. La corriente contínua puede producir otros efectos: transportar flúidos á través _ de los tejidos orgánicos, reanimar las acciones vitales, restablecer ciertas funciones, modificar las secreciones, las exhalaciones ... etcétera, de todo lo cual citaremos algunos ejemplos. Sometidos unos pollos á la accion contínua de una pila de 50 pares, se fueron debilitando poco á poco; al encontrarse casi muertos se interrumpió la corriente y se vió que batieron inmediatamen le las alas. La autopsia demostró que la sangre se babia extravenado en los músculos y repelido los intestinos hácia el bacinete. Achard hizo pasar la corriente de un solo

ÉFJICTOS DE LAS CORRIENTES

par de un extremo á otro de su tubo intestinal y experimentó dolores en el bajo-vientre; se aumentó la energia del estómago y se produjeron cambios en las evacuaciones alvinas. Comprobados estos resultados por Humboldt, le sugirió el experimento siguiente: próximo á espirar un pardillo, introdujo una planchita de zin~ en el pico, una hoja de planta en el rectum, y estableció una comunicacion metálica entre estas dos hojas, en cuyo instante el pájaro abrió los ojos, batió las alas, respiró durante seis ú ocho minutos y murió luego tranquilamente. Despues d~ haber reproducido Ure los movimientos de la respiracion en un cadáver, pensó que seria fác'il, por medio de la electricidad, reanimar las personas asfixiadas. Aldini hizo algunos ensayos en perros y otros animales • ahogados ó asfixiados por gases, consiguiendo volverles á la vida, haciendo pasar una corriente de la boca al recto. Pouillet y otros practicaron experimentos análo- . gos en cerdos de India asfixiados, que en más de media hora no daban señales de vida, reanimándoles con una corriente, y una vez restablecida la respiracion, el corazon se contrajo y la circulacion volvió á su estado normal. Philip hizo una incision en el cuello de un conejo vivo, cortó los nervios del octavo par, que van al estómago. Con ellq la respiracion fué más fatigosa, el animal hacia esfuerzos para vomitar, y al cabo de algunas horas se vió, al hacer la autopsia, que el perejil que se encontraba en su estómago no habia sido digerido, y que los pulmones se encontraban en un estado manifiesto de congestion. Tratado otro conejo del mismo modo, se hizo pasar una corriente muy floja á travJs de la_s partes inferiores de los nervios cortados: la respiracion se hizo fácil, no se congestionaron los pulmones, y se encontró el perejil tan bien digerido como en los conejos que no habian sido mutilados. Iguales resultados se obtuvieron con perros. Las corrientes pueden modificar la naturaleza de los flúidos de la economia animal. Colocó Humboldt una placa de plata sobre un vejigatorio que se habia hecho aplicar detrás de la espalda, y poniendo esta placa en con-

439

tacto con zinc, observó un aumento en el derrame del humor, acompañado de un escozor muy vivo. Era tan acre este humor que dejaba señales azuladas en la piel. Matteucci colocó entre los polos de una pila de r 5 pares, dos puntos del peritóneo puesto al descubierto á los lados del abdómen de un conejo, y se recogió un humor alcalino en el polo negativo y ácido en el polo positivo. Con el mismo procedimiento obtuvo resultados semejantes en el hígado ó los intestinos de varios animales vivos. De esto dedujo cierta analogía entre el mecanismo de las secreciones y las descomposiciones electro-químicas con transporte de los elementos. Las corrientes pueden modificar tambien los líquidos orgánicos. Observa Brandt que la albúmina de un huevo se coagula en el polo positivo y Brugnatelli, que la sangre se coagula cuando la atraviesa una corriente. Petrequin aplicó esta última propiedad á la curacion, sin operacion de sangre, de ciertos tumores del aneurisma, coagulando la sangre en ellos por medio de una corriente que pasaba por agujas de acero introducidas en el tumor. Se ha comprobado despues que es preferible introducir solamente la aguja positiva haciendo comunicar el polo negativo con el exterior del tumor. Electricidad animal.-Los fisiologistas admiten la existencia de un agente, conocido muchas veces con el nombre de flúido nervioso que desde el cer~bro, en donde radica la voluntad, iransmite la excitacion necesaria para el desarrollo de sus funciones. De los detalles que preceden resulta que las corrientes eléctricas, continuas ó interrumpidas, son capaces de producir en los órganos de los .animales, efectos análogos á los que produce la influencia nerviosa, contracciones, sensaciones, secreciones, movimientos del corazon y de la respiracion, restablecimiento de las funciones del estómago, de los intestinos, de los órganos de secrecion. Desde luego, obrando así la electricidad del mismo modo que el flúido nervioso, debe suponerse que este último no es más que electricidad desarrollada por la accion de la voluntad á través del sistema nervioso, en la direccion en que deba producirse el efecto.

440

FÍSICA INDUSTRIAL

Segun esto, para producir los fenómenos de la vida orgánica, debería circular una corriente contínua por e1 sistema ganglionar, al igual que las pulsaciones del corazon, los movimientos que acompañan la respiracion y la digestion, el transporte de los flúidos á través de los tejidos. La sobreescitacio n del cerebro por varias causas, como el miedo, la cólera, el entusiasmo, desarrollaría una produccion abundantísim a de electricidad; en cuyo caso los movimientos del corazon y delarespiraci on serían más acelerados y las contracciones muscularestendfí an unaenérgía inusitada. Un ejercicio prolongado, bajo la influencia de una alta temperatura, puede aumentar tambien la secrecion del flúido cerebral, si inmediatamen te despues se entrega al sueño, continuando el órgano sobreescitado y produciendo mucho flúido, que no se utiliza, y se acumula, resultando de ello descargas interiores, acompañadas de conmociones dolorosas muchas veces. La identidad del flúido nervioso y de la electricidad, admitida unas veces y rebatida otras por los físicos y los fisiologistas, se confirma cad.a vez más á medida que adelanta la c;iencia, habiendo adquirido mayor grado de certeza el dia que se consiguió derivar al exterior una parte de la electricidad del cuerpo de los animales. La única objecion que se ha hecho es que la influencia nerviosa se transmite mucho más lentamente que la electricidad, la cual puede atravesar más de 100,000 leguas por segundo; pero debe observarse que esta velocidad tan extraordinari a sólo se observa en los hilos metálicos. En los conductores imperfectos es mucho más pequeña, como lo demuestran los experimentos directos hechos por el procedimient o gráfico, con relacional tiempo transcurrido desde la introducion de una corriente en un nervio á la contraccion muscularprod ucida, cuya velocidad de electricidad en los nervios es de 30 metros por segundo, mayor que en un hilo de algodon mojado. Aplicaciones .-La accion de las corrientes en los músculos se ha empleado para estudiar la mision especial de la mayor parte de ellos. Habiendo observado Duchenne la posibilidad de contraer separadament e los varios músculos de la cara, por medio de una corriente, estudió la mision de cada uno de ellos con relacion á las modificacione s que experimen-

tan al representar los varios estados del ~lma, alegria, tristeza, cólera ..... , llegando al límite de reproducir fotográficame nte las varias expresiones producidas por medio de la corriente. Las operaciones las ejecutaba ya en cadáveres ya en la cara inerte de un anciano poco inteligente. Electroterapia. - Los primeros ensayos hechos con la electricidad para la curacion de ciertas enfermedades se deben á Nollet. En 1740 algunos médicos consiguieron curar algunos paralíticos. Se empleaba entonces la conmocion de la botella, las chispas, la electricidad de las puntas y tambien el baño eléctrico, es decir, que ya se aislaba al enfermo y se le cargaba de electricidad. Al principio se operaba sin método, pu~de decirse, por casualidad, lo cual ocasionó algunas curaciones desgraciadas que hicieron dudar de las obtenidas. Como en general acontece, vmo luego el charlatanismo á acrecentar el descrédito sobre la electroterapia. Los descubrimien tos de Galvani y de Volta le devolvieron cierto prestigio, pudiéndose, por medio de la pila dirigir la corriente á través, especialmente , de los órganos enfermos; se estudió luego su modo de accionar y se obtuvieron resultados más constantes. Hoy dia pocos son los casos en que no se restablezcan las funciones vitales en los miembros paralizados, empleando conmociones reí-, teradas para la curacion de las neuralgias, los reumatismos .. . etc. Existen hoy dia dos procedimient os principales para emplear la electricidad: r.º cuando se quieren excitar los órganos, como en -el caso de pará+isis, se obtienen conmocbnes haciendo pasar por intermitencia s la corriente de una máquina de Holtz, de una pila y en particular de aparatos de induccion, que permiten modificar como se quiera la rapidez de las sacudidas y su intensidad. Para dirigir las corrientes, se terminan los reóforos con placas de metal, con esponjas impregnadas de agua salada, ó tambien con cepillos metálicos, que se aplican á las re-giones por donde deba entrar ó salir la corriente. Tambien se emplea la galvanopuntu ra, es decir que se in_troducen agujas de acero en los músculos, para conducir la electricidad á un punto próximo al nervio sobre el cual se opera. La cor-

EFECTOS DE

LAS

riente intermitente se ha utilizado ventajosamente para devolver la vida á las personas aletargadas con el éter ó el cloroformo; tambien para comprobar la muerte, puesto que la contractibilidad de los músculos desaparece con la vida. Se hace pasar la corriente de un modo 2. º continuo: por ejemplo, cuando se quiere disminuir la irritabilidad de los nervios, en ciertas afecciones nerviosa§.. Empleó Nobili este método,-de electrizacion para combatir el tétano. Menneton consiguió suspender, en 1877, las convulsiones de la rabia, por el paso de una corriente entre la nuca y la planta del pié. La ·c orriente contínua obra tambien para modificar las secreciones, favorecer 1os cambios de los flúidos, cambiar la naturaleza de las llagas produciendo· descomposiciones químicas; así, Becquerel · y Breschet pudieron destruir la naturaleza - alcalina de los humores segregad_os por una úlcera rebelde, poniéndola en comunicacion con el polo p.ositivo. de una pila. Cadenas galvánlcas. - Para los usos médicos, se han ideado pilas en forma de cadenas, susceptibles de aplicarse á las varias partes del cuerpo. Citaremos las de PulverMacker. (fig. 94): cada par está formado por un cilindro de madera aplanado ca, en el cual están arrollados en hélice un alambre de zinc y otro de cobre, pero de modo que no se toquen. El h ilo de zinc comun_ica con el de cobre del par siguiente. Estos pares están articulados entre sí, como se vé, á p"llrte, en A B y en ca y dispuestos en ancho como en ca, - ó en largo como en A B. Se aplica la cadena sobre la piel,de modo que la parte enferma esté situada entre estos dos extremos, despues de mojada con vinagre dilatado ó sin preparar, puesto que la transpiracion de la piel basta para ponerla en actividad. Para obtener conmociones se emplea el modificador; que es una caja con mango aislador, m, en la cual, por un sistema de reloj-ería, se hace girar una rueda que á cada vuelta cierra por un instante el circuito con un diente que toca un pequeño muelle. Si la cadena se aplica al cuerpo, se pueden obtener ligeni.s conmociones por medio del cilindro interruptor E, (fig. 94), que consiste en un tubo de vidrio terminado con virolas metálicas por las cuales se une un FÍSlGA IND,

CORRIENTES

441

gancho á la cadena ; en su interior hay un muelle de hélice fijo á una de las virolas, el cual cierra el circuito cuando su ex tremo libre, provisto de un disco de estrella, toca la otra virola, lo cual se produce al más insignicant'e movimiento del enfermo. Efectos químicos.-Leyes de la electroli~is.

EXPERIMENTOS FUNDAMENTALES. - DESCOMPOSICION DEL AGUA.-El primer efecto químico observado fué la descomposicion del agua, operada en 1800 por Carlisle y ~icholson con una pila de columna. Bastan cuatro ó cinco pares de Bunsen para descomponer el agua con rapidez; mas para ello, debe contener ~sta en disolucion una saló un ácido que aumente su conductibilidad, de lo contrario, la descomposidon es muy lenta, puesto que, siendo el agua pura muy poco conductriz, la corriente que pasa por ella es muy débil. El aparato empleado para descomponer el agua por medio de la pila, para obtener el oxígeno y el hidrógeno que se desprenden, se compone de un vaso de vidrio, almas_ticado en un zócalo de madera (fig. 95). Del fondo del vaso salen dos hilos de pla_tino h y n, que comunican con dos bornes de cobre, fijos á los lados del aparato y d~stinados á recibir los electrodos de la -pila. Se llena el vaso con. agua ligeramente acidulada, se cubren los hilos de platino con dos campanas llenas de agua y se establece la corriente. Inmediatamente el agua se descompone en oxígeno é hidrógeno, que se depositan en las dos campanas; observándose que la campana positiva se llena de oxígeno, y la negativa de hidrógeno, en volúmen doble éste del del otro gas. Este experimento da al mismo tiempo el análisis cualitativo y cuantitativo del agua. DEFINICIONES.-Las substancias que, como el agua, se descomponen por 1~ corriente, y cuyos elementos resultan completamente separados, recibieron q.e Faraday el nombre de electrólitos, y llamó electrolir.acion ó electrolisis al fenómeno de la descomposicion por la corriente. El aparato que sirve como experimento fundamental de la electrolisis se llama voltámetro. Las substancias sometidas á la electrolisis son electrólt'tos. Por último, las superficies metálicas que ponen en comuT.

II.-56

44 2

FÍSICA INDUSTRIAL

nicacion el electrólito y el circuito general de la pila se llaman electrodos. LEYES EXPERIMENTALES DE LA ELECTROLISIS.I.0 Si se colocan unos á continuacion de otros una série de voltámetros, V, V ', V'', y se les hace atravesar por una corriente (fig. 96), se observa que el peso de hidrógeno obtenido en cada uno de ellos, es el mismo en el mismo tiempo, sean las que fueren, en los varios voltámetros, la materia y la distancia de los electrodos, y la proporcion y la naturaleza del ácido. Esto se representa diciendo que: La intensidad de la corriente es la misma en todos los puntos del circui'to exterior de la pt'la. Observa Daniell igualmente que la 2. cantidad de gas obtenido en el interior de un ;elemento es la misma que en los voltámetros exteriores. De lo cual se deduce que: La intensidad de la corriente, en el interior de la pila, es la misma que al exterior. 3. º Si el reóforo que sale del polo positivo de la pila se bifurca en dos hilos que vayan separadamente á dos voltámetros V, y V, idénticos, y se junten luego á un hilo único -que vaya á parar al polo negativo de la pila (fig. 97), en cada voltámetro se obtendrán cantidades de hidrógeno iguales entre sí; además, cada una de éstas es exactamente la mitad, en tiempos iguales·, del gas obtenido cuando la corriente pasa toda por uno solo de los dos voltámetros. Segun la idea que se tiene de la corriente eléctrica, es evidente, a priori, que la cantidad de electricidad que pasa por segundo por uno ú otro voltámetro, es la mitad de la cantidad que pasa por segundo por el circuito principal. De suerte que podrá representarse esto diciendo que: el peso del agua descompuesta ó de hidrógeno producido en un tt'empo dado, es proporcional á la cantidad de electricidad que pasa por el voltámetro. Todas estas leyes se comprueban igualmente con otros electrólitros distintos del agua, tales como las sales en disolucion ó en fusion, siempre que sean conductores. 0

ELECTROLISIS DE LOS COMPUESTOS BINARIOS.-

En todos los compuestos binarios que hayan pasado á ser conductores, las corrientes ejercen la misma accion que en el agua. Oxidas metálicos.-Estos cuerpos se redu-

cen todos: el oxígeno se produce en el polo positivo y él metal se deposita en el polo .negativo. Electrolt'r_acion de la potasa.-La obtuvo, en 1807, Davy, sometiendo un pedazo de potasa húmeda á la accion de una corriente de 250 pares voltáicos. El oxígeno pasó al polo positivo, y al polo negativo un metal nuevo, que era el potasio. El sgdio lo obtuvo del mismo modo. Mas, por la gran afinidad que estos metales tienen por el oxígeno, quemaban al contacto con el airer á medida que quedaban en libertad. Esto hace que no se les pueda preparar por este procedimiento; así, lo mejor es emplear la disposicion de Seebeck:. Se practica una cavidad en un fragmento de potasa, la cual se Heria de mercurio; luego se coloca la potasa sobre una placa metálica puesta en comunicacion con el polo positivo de una pila muy enérgica (fig, 98), y el mercurio se une al polo negativo. El potasio pasa entonces al mercurio y se amalgama con él sin quemar. Destilando luego este amalgamado un aceite de nafta, se obtiene un resíduo que es el potasio. Con relacion á la sosa se opera del mismo modo. Oxácidos. - Se descomponen corno los óxidos; va siempre el oxígeno al polo. positivo y el radical al polo negativo. Hidrácidos.-Se descomponen igualmente, pero su radical va al polo positivo y el hidrógeno al negativo. Sales aloides.-Se llaman así los compuestos binarios •metálicos, tales como los cloruros, los yoduros, los bromuros. Se descomponen del mismo modo que los anteriores: el metal pasa al polo negativo, y el cloro, el yodo, el bromo, al polo positivo. Como la mayor parte de estos compuestos son poco conductores al estado sólido, es en e~tado de disolucion ó de fusion que se les debe someter á la electrolisis. Observaciones.-r." Los compuestos binarios no metálicos, como son: el sulfuro de carbono y el cloruro de azufre, no son suficientemente conductores para transmitir la corriente, por lo tanto se les debe electrolizar . al estado de mezcla: no se obexperimentos estos 2.' En todos serva ningun signo de descornposicion en el intervalo de los dos polos; la separacion de

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

los elementos del cuerpo electrolizado st: manifiesta exactamente al poner en cohtacto los electrodos: Ya _veremos luego como explica Grotthuss este fenómeno. ELECTROLISIS DE LAS sALEs.-Las sales se descomponen tambien, pero de diferente modo segun su naturaleza y la intensidad de la corriente. En la fig. 99 se marcan estas descomposiciones. La primera línea representa una sal, formada por un ácido compuesto de oxígeno r, y otro cuerpo 2, y de un óxido ó base compuesta de oxígeno 3, y otro cuerpo 4. Si es una sal cuyo ácido y base sean muy esta bles, como el sulfato de potasa, se separan estos dos cuerpos (línea 2."), pasando el ácido al polo positivo y la base al negativo; si el ácido es poco estable, se resuelve la misma separacion, pero·el ácido se descompone, despues pasarido su radical al polo negativo y el oxígeno al positivo (línea 3 ."); si la base es poco estable se descompondrá ésta despues de separada, pasando su oxígeno al polo positivo y quedando su radical sólo en el negativo (línea 4 ."); finalm~nte, si el ácido y la base son poco estables, despues de separados se descomponen, pasando el oxígeno de los dos cuerpos al polo positivo, y el radical de ambos tambien al polo negativo (línea 5."). Se hacen experimentos muy curiosos fundados en la descomposicion de las sales, por una corriente eléctrica; citaremos algunos. r. º En un tubo encorvado A, •B (fig. roo), se pone una disolucion de ácido y base estables, sulfato de potasa, por ejemplo, mezclado con tintura de violeta; introduciendo los reóforos de una pila, se ve en el positivo una coloracion roja que procede de la accion del ácido sobre la tintura, siendo verde la coloracion en el negatrvo por la accion de la base sobre la misma tintura. Supongamos ahora dos vasos diferen2. tes, con sulfato de potasa, y comunicándose por medio de una mecha de amianto, que no se artera por la accion del sulfato; introduciendo en cada uno de los v~sos ·un reóforo, encontraremos al cabo de algun tiempo todo el ácido en el vaso del polo positivo y toda la base en el otro. 3. º Si son· dos sales diferentes las que contienen los vasos, encontraremos los dos ácidos en el del polo positivo y los dos álca0

443 lis en el otro; en este caso y en todos los que una misma corriente descompone varias sales, según Faraday, los pesos de los elementos separados en cada sal, están en razon de sus equivalentes químicos. 4. º Si se toman tres vasos, el primero con una sal (el mismo sulfato de potasa por ejem. plo), el segundo con tintura de violetas y el tercero con agua, y se les hace comunicar con mechas de amianto, introduciendo el reóforo positivo en el agua y el negativo en la sal, encontra~emos al cabo de algunas horas que en el vaso de la sal no ha quedado más que la base; en el del agua encontraremos el ácido, y la tintura del vaso intermedio, por donde ha debido pasar el ácido, no se ha enrojecido; si se cambian de vasos los electrodos, el ácido queda en. el vaso que contenia .la sal, la base pasa al del agua y la tintura de violetas por donde pasa la base, no toma color verde . . 5. Colocando en el fondo de una disolucion de sulfatojle cobre una plancha metálica en comunicacion con el polo negativo de una pila de pequeña corriente, y poniendo perpendicularmente á la plancha otro alambre que no la toque pero que esté cerca de ella, y que comunique conel polo positivo, se deposita el cobre encima de la plancha en forma de anillos de colores brillantes, que Nobili ha observadp, y explica por los anillos coloreados µe Newton, explicados en la óptica. En la~ sustitueiones de metal que se producen en ciertas sales, se atribuye parte de la accion á la corriente eléctrica formada: por ejemplo, si se coloca en un vaso una disolucion de acetato de plomo y un pedazo de zinc, este metal, como más oxidable que el plomo, se substituye á él y le precipita en forma de agujas brillantes que se adhieren á unos alambres de laton de que está provisto el corcho del frasco los cuales mojan en la disolucion, resultando esas ramificaciones vistosas, que se preparan como objeto curioso, llamadas árbol de Saturno. Como se ha observado que la disolucion debe ser ácida para que la produccion del fenómeno tenga lugar, se ha supuesto urra corri~nte eléctrica formada por la reaccion del ácido libte sobre el zinc. Si la disoluciones de nitrato de plata y se pone mercurio, se precipita la plata lo mismo que el 8

444

FÍSICA INDUSTRIAL

plomo, adhiriéndose á los alambres, y forma el llamado árbol de Diana. LEYES DE FARADAY. - De la ley ya citada de Faraday que dice que: Cuando una misma corriente obra simultáneamente en una série de disoluciones, los pesos de los electrolitos descompuestos en cada una de ellas son proporcionales á sus equivalentes químicos, se deducen las consecuericias siguientes: r. ª Si se coloca en el circuito uo voltámetro de agua,y seha:cedurarel tiemposuficiente el experimento para descomponer un equivalente de agua, se descompondrá en el mismo tiempo un equivalente de cada uno de los electrolitos. Si llamamos equivalente eléctrt"co á la cantidad de electricidad que descomponga un equivalente de agua, podemos enunciar esta ley diciendo, que: sea cual fuere el electrolito atravesado, el equivalente eléctrico descompondrá siempre un equivalente de él. 2.3 Siendo la intensidad de la corriente la misma en todas las partes del circuito, al exterior y al interior de la pila, la ley de Faraday no se aplicará tan solo á las soluciones que se interpongan en el circuito exterior, si que tambien á cada uno de los pares de la pila. De ahí la siguiente tercera ley: Para un equivalente de electricidad transmitida al circuito de la pila, se disuelve un equivalente de 1_inc en cada uno de los pares de la pila. EFECTOS SECUNDARIOS DE ELECTROLI;;rs. - En la electrolisis de las soluciones salinas se producen fuertes reacciones accesorias que pueden perjudicar la reaccion principal, á las que se conoce con el nombre de efectos secundarios. Hé aquí algunos ejemplos. r. º En las sales á base de potasa ó de sosa, el metal que se deposita en el polo negativo descompone el agua, tomándole su oxígeno, y aparece al estado de óxido, desprendiéndose al propio tiempo el hidrógeno por este polo, y el oxígeno por el electrodo positivo; este efecto es secundario por producirse despues de la descom posicion de la sal. 2.º Con las sales cuyo óxido pueda tomár mayor grado de oxidacion, como las sales de protóxido de hierro, el oxígeno que queda libre en el polo positivo, sobreoxida la base de sal, y pasa está al estado de sal de peróxido. 3. 0 La naturaleza de los electrodos produce igualmente efectos secundarios muy im-

portantes. En una disolucion de una sal de cobre, si el electrodo positivo es tambien de cobre, el oxígeno que sale de él al estado naciente, le ataca y forma óxido de cobre; este ultimo se combina con el ácido sulfúrico que pasa al polo positivo y reproduce una cantidad de sulfato precisamente igual á la descompuesta. El primer efecto es la descomposicion del sulfato de cobre, y el segundo es la reproduccion de una cantidad igual de la misma sal. Ya veremos una aplicacion de esto en la galvanoplastia, el dorado y el plateado. . TEORÍA DE GROTTHUS. - Entre otras teorias dadas por ·diferentes físicos para explicar los efectos químicos de las corrientes, examinaremos solamente dos. Grotthus explica la descomposicion de los cuerpos suponiendo que las moléculas más inmediatas á los polos son las únicas que se descomponen completamente efectuándose en las demás una especie de descomposicion de sus elementos y una recomposicion con los contrarios de la molécula siguiente; por ejemplo, (fig. ror), supongamos una masa de agua atravesada por una corriente. El agua, por ejemplo, está formada de un átomo de oxígeno y de dos átomos de hidrógeno; por ser el primer gas electro-negativo y el segundo electro-positivó, al atravesar el líquido una corriente suficientemente enérgica, la molécula a, que está en contacto con el polo positivo, se polarb;_a, es decir, que el oxígeno, que es electro-negativo, es atraido, y el hidrógeno que es electro-positivo, es repelido. El oxígeno de esta molécula pasa entonces al -' eléctrodo positivo; libre el hidrógeno, se une inmediatamente el oxígeno de la molécula b; luego el hidrógeno de ésta al oxígeno .de la molécula c, y así va siguiendo hasta el polo negativo, en donde los últimos átomos de hidrógeno quedan libres y se pierden. Esta hipótesis podria esplicar las descomposiciones primera y segunda (fig. 99), pero no la tercera y cuarta, porque si los reóforos están en líquidos diferentes, no puede ser que se vayan recomponiendo las moléculas descompuestas, sin dar lugar á cuerpos nuevos, que no se presentan; además, no se puede explicar con esta teoria, cómo pasan las rrioléculas de un vaso á otro, y tampbco es vero-

EFECTOS

LAS CORRIENTES

simil que la corriente que es causa de descomposicion de moléculas, lo sea al mismo tiempo de recomposicion de -las mismas. TEORIA DE LA RrvE.-be la Rive supone que existe en la corriente una afinidad para los átomos de electricidad contraria, qti"e produce, primero la descomposicion del cuerpoy des pues el transporte de los átomos á través de los cuerpos líquidos que cierran el circuito, porque entre las moléculas de un _líquido el trasporte es fácil; pero llegando estos átomos al alambre conductor, ya no puede el flúido conducirlos ·por entre las moléculas del alambre, y por tanto los deposita en la punta de éste; apoya de la Rive su teoría en la observacion de que cuanto _más alambree ntre en el líqui·do, mayor es la cantidad de cuerpo descompuesto, y en que poniendo entre los polos planchas metálicas perpendiculares á la corriente, se deposita en sus caras parte del cuerpo descompuesto. Esta teoria puede esplicar las descomposiciones tercera y cuarta (fig. 99), porque en la cuarta podremos suponer que la corriente positiva, por ejemplo, arrastra consigo los átomos negativos por las mechas á través del líquido que las baña, pasando tambien por la tintura de violeta, pero sin alterarla, por ser mayor la afinidad de la corriente con el átamo que trasporta, que la afinidad de la tintura con ~l mismo átomo; éste al fin llegará al extremo del alambre del último vaso, y allí se depositará; á pesar de que pudieran presentarse algunas objeciones á esta teoria, nos parece sin embargo la más admisible de todas las inventadas.

445

veces denso y compacto hasta el punto de reproducir fielmente todos los huecos, rayas y señales de una placa de platino. Insistió De la Rive en estudiar este fenómeno, al cual no se habia prestado gran atencion; y en r837, á Jacobi le ocurrió la idea de hacer algunas aplicaciones. Principió por operar en planchas de cobre grabadas, de las cuales reproducía en relieve los trazados en hueco. Tomó des pues esta reproduccion y con el electrodo negativo obtuvo una copia exacta de la plancha grabada. En la misma époc~, Spencer· reprodujo clichés por medio de deposiciones de cobre. Los primeros ensayos de Spencer se hicieron con tipos tipográficos, de los cuales hacía primero las contra-pruebas por la deposicion del cobre; luego, utilizando ésta como .molde, obtenía una- copia exacta que empleaba para imprimir. Hizo tambien experimentos con una medalla, reproduciendo sus más delicados detalles con una perfeccion admirable. Para obtener una deposicion de cobre compacta y maleable se requiere: r.º que la corriente sea de t'ntensidad constante y no muy enérgica, para que Jadeposicion no resulte.pulverulenta ó muy fragil; tampoco debe ser muy débil 1 para que no resulte cristalina ó quebradiza. 2.º La solucion de sulfato de cobre debe estar constantemente saturada para que no cambie su conductibilidad; lo cual se obtiene poniendo cristales de sulfato de cobre, ó bien to-ipando para electrodo positivo una pla~a de cobre, á la cual va disolviendo poco á poco el ácido libre, sustituyendo así la sal descompuesta. Esta primera aplicacion del electrodo soluble hizo que la galvanoplastia tomara un Galvanoplastia y electro-química. . gran desarrollo. El sulfato de cobre se emplea La galvanoplastia ó galvanoplástt'ca es el en cristales bien puros que se disuelven en arte de deponer, por electrolisis, en los cuer- frio; se mezcla un poco de ácido sulfúrico, y si pos que sirven de electrodo negativo, los mela disolucion es neutra resulta una deposicion tales contenidos en una disolucion, ya en cristalina. APARATOs.-Se les divide en aparatos simforma de capa delgada adherente para pre~ervar los cuerpos ó darles un nuevo aspecto, ó ples, que suministran . por sí mismos la elecya en formad~ capa gruesa coherente, para tricidad, y aparatos compu¿stos, en los cuales reproducir en un molde las formas y los rese emplea una pila propiamente dicha. Estos aparatos se han perfeccionado y molieves, que es el objeto de la galvanoplastia dificado de varios modos, y las únicas difepropiamente dicha. GALVANOPLASTIA. - Araiz del descubri- rencias que presentan son de detalle ; descrimiento de Volta se observó que el metal que biremos los más usuales. Aparato simple. - Consiste esencialmente se va depositando en el polo negativo era á

(

FÍSICA INDUSTRIAL

•

en un vaso dividido en dos por una placa porosa (fig. 102); á un lado se encuentra una solucion de sulfato de cobre, en la cual se sumerge el molde m, cuya cara de reproduccion mire á la placa de division; en el otro compartimiento se vierte agua acidulada con ácido sulfúrico, y en ella se sumerge una placa de zinc 1, puesta en comunicacion con el modelo. La accion química ejercida sobre el zinc desarrolla electricidad, y el sulfato descompuesto va deponiendo el cobre que contiene en el molde. En e se colocan cristales para entretener la saturacion. Electrotipia para las medallas.- Un cilindro de vidrio a e e a (fig. 103) se a poya por un reborde a a, en el contorno del vaso A B lleno de la solucion de sulfato de cobre. La parte inferior de este cilindro tiene otro reborde e e, en el cual se apoya un segundo cilindro de vidrio r, cerrado por debajo con una membrana,· y contiene agua acidulada en la cual se sumerge la placa de zinc 1. El molde ó medelo m está situado debajo de la membrana y comunica con el zinc por medio de las espigas o, o'. Alrededor del cilindro r se colocan cristales de sulfato de cobre. El cilindro a e e a puede reemplazarse con un anillo de madera sostenido por montantes colgados á los bordes del vaso A B. La fig. 104 representa la disposicion comunmente empleada. El zinc Z está sumergido en el agua acidulada de un vaso poroso que se introduce en la disolucion de sulfato de cobre, cuyo estado de saturacion se IiDantiene por medio de cristales colocados en e, e'. Los modelos se sostienen por barrotes metálicos T apoyados en el zinc y distribuidos alrededor del vaso. Para obtener una deposicion bien maleable, es necesario que la superficie del zinc se diferencíe poco de la del modelo. Si la primera es demasiado pequeña, resulta una deposicion cristalina; en el caso contrario, es pulverulenta y sin coherencia. Aparatos compuestos. - Un recipiente de madera A B (fig. 105) contiene la disolucion de cobre. El modelo m m, situado en el fondo, comunica con el polo negativo de una pila de corriente constante P. La placa de cobre e e forma el electrodo soluble y está sostenida por una tela t t, que no permite que las im-

purezas del cobre ce caigan sobre el modelo. La fig. ro6 representa una disposicion con la cual se opera en varios moldes á_la vez, suspendidos verticalmente. En los bordes del recipiente A B apoyan unas va'r illas metálicas a b e e, puestas en comunicacion con !el polo negativo de una pila, y de las cuales cuelgan los moldes. Con una tercera varilla se sostienen una ó varias placas de cobre situadas entre las dos séries de moldes, que comunican con el polo positivo. Debemos observar que, se forman á menudo, al exterior del depósito de cobre unas estrias ó rayas verticales, producidas por los movimientos del líquido, cuya homogeneidad, constantemente alterada, tiende sin cesar á resta blecerse. Los aparatos compuestos permiten operar con modelos de grandes dimensiones, empleando pilas de muchos pares y deJgran superficie. La superficie de cada par debe forzosamente estar proporcionada á la del molde, y la intensidad de la corriente debe ser cons'tante. Las pilas que generalmente se emplean son las de Daniell y de Bagration; mas, si se quiere hacer pasar la misma corriente á través de varios aparatos colocados unos á continuacion de otros, lo cual requiere mayor tension, en este caso son preferibles las pilas de carbon. · Deposiciones de varios metales - No es el cobre el único metal que puede emplearse en galvanoplastia; el oro, la plata, el platino, dan tambien muy buenos resultados. Con relacion al oro y la plata se emplea generalmente una mezcla de una parte de cloruro de oro ó de plata y diez de cianuro de potasio disuelto en roo partes de agua. Para el platino, se emplea el doble de . cloruro de platino y de potasio. Tambien se ha intentado depositar el plomo, el zinc y el estaño. Para el primero, se emplea el sulfato, para el segundo, el acetato muy dilatado y acidulado, y para el tercero, una disolucion de estaño en agua régia acidulada con ácido nítrico. Pero estos metales, en particular los dos últimos, forman difícilmente buenos depósitos. Moldes. - Los moldes se hacen de metal ó de materias no metálicas. Los ,primeros se obtienen por deposiciones electro-químicas de

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

cobre sobre el mismo objeto. Así se tiene una contra-prueba, en la cual se va depositando luego el cobre para obtener una copia del objeto. Tambien se hac6n moldes de plomo, de aleacion fusible de Arcet, de aleacion de imprenta, para lo cual se vierte la aleacion fundida sobre una superficie horizontal y se aplica encima el objeto que se quiera molq.ear. Si este objeto es duro y resistente, como una medalla, ,por ejemplo, se forma la imágen" por,presion, sobr-e el plomo. Con los moldes metálicos puede temerse la adherencia deL,depósito; así es que,deben engrasarse ligeramente Ías superficies ó mejor aún, polvorearlas con plombagina reducida á polvo impalpable. Spencer los lava con agua alcalina. Tambien se las puede exponer al vapor de yodo, al igual que las placas daguerreotípicas. Boquillon las ahuma un instapte en la llama de resina, que depone una capa blanquecina casi imperceptible, que es lo que se llama pelar 6 _ chamuscar el molde. El lado que no deba recibir la deposicion de cobre, se cubre con una capa de cera; si es posible, se limita el contorno del depósito con un reborde de carton ó de plomo. Con relacion á los moldes no metálicos, se hace conductiva la superficie, por medio de plata ó mejor aún, ~on plombagina en polvo impalpable que se aplica formando una capa imperceptible con pincel. A esto se llama m etalb¡_ar la superficie. Los moldes se hacen de yeso, que se hace impermeable sumergiéndole en estearina fundida; tambien se hacen de lacre, de cera, de estearina, de gelatina. El azufre da impresiones muy exactas, pero se le debe barnizar para que no se adhiera el metal que se depone. Gueyton hace los moldes de gutta-percha, substancia que se adapta muy particularrpente á los objetos redondos, por prestarse fácilmente su flexibilidad al despojo. Mayo ~ecomienda una mezcla de cera blanca y de. albayalde muy fino. Lockey, una mezcla de una parte de cera, una de estearina y-.:. de plombagina,en polvo. Esta última com2 J

posicion se moldea con mucha limpieza, salta por sí misma al cabo, de media hora y no empaña el bronce de las medallas.

.Í

447

Por medio de la gelatina, que tiene la propiedad de hincharse en el agua y de contraerse en el alcohol, obtiene Martin amplificaciones ó reducciones de un mismo modelo, practicando moldeos sucesivos. Para obtener reducciones del modelo, Blandely emplea la estearina, que tiene la propiedad de contraerse al solidificarse:Aplicaciones de la galvanoplastia.

La galvanoplastia sirve para reproducir en cobre, oro, plata, etc., medallas, timbres, sellos y otros varios objetos. Para reproducir una medalla, se toman copias de sus dos caras, que se sueldan luego aplicadas á un disco de espesor conveniente. Vasos, estátuas, etc. - Los bajo relieves, vasos, jarrones, estátuas, etc., se reproducen con una gran economía y con una exactitud de detalles admirabl~. Para los bajos relieves de grandes dimensiones y de grarl relieve, se arma el electrodo positivo con ramificaciones que se introducen en las cavidades del molde, sin cuya precaucion la corriente pasaria preferentemente por las partes más salientes, que es en donde se haría únicamente la deposicion, ó sería allí más gruesa que en los huecos. Los bajos relieves del pedesta'l de la estátua de Guttemberg, en Estrasburgo~ se obtuvieron por este procedimiento. Los vasos y las estátuas, se moldean por partes, con yeso ó estearina; se unen y sueldan estas partes con cera, despues de metalt'1arlas interiormente, y se las sumerge en la disolucion, de modo que el líquido ocupe toda la cavidad interior que recibe el electrodo positivo. Este ele~trodo tiene ramificaciones que van á parará las partes más huecas; tambien se le forma cbn una hoja de plomo provista de agujeros y ondulada de modo que todos sus puntos estén á igual distancia de la superficie del molde. En el comercio se encuentran multitud de estátuas, figuras, vasos, ornamentados, obtenidps por este medio, cuyas superficies se doran ó platean por 'los procedimientos de que más adelante trataremos. Si se trata de estátuas muy grandes, se ·hacen impermeables las va-rias partes del molde de yeso, dándoles una capa de estearina y me-

FÍSICA INDUSTRIAL

talizándolas interiormente; se unen luego de modo que formen una especie de vaso en el cual se :vierte la disolucion y por la superficie interior del cual se hace llegar el flúido negativo. Por este procedimiento reprodujo Christofle el Pensioroso de Miguel-Angel, estátua de 3 metros de altura. Las grandes piezas se reproducen, á veces, por partes que se sueldan despues con estaño ó con plata, y se cubren las soldaduras con cobre. Para ello ·se las rodea de un reborde de cera en el cual se vierte una solucion de sulfato de cobre. Para que el cobre se deposite se hace pasar una corriente. Electrotipia. - Se da este nombre á la parte de la galvanoplastia que tiene por objeto la reproduccion de las placas grabadas, de los clichés, de los grabados en madera, composiciones de imprenta, etc. Ya hemos dicho al principio el modo de reproducir tantas veces como se quiera una placa grabada en cobre, cuyo tiraje queda limitado solamente por el desgaste de la placa. De este modo se reproducen las placas de grabado en dulce, para las estampas, los sellos de correo, los juegos de cartas , los mapas · geográficos, etc. Como las planchas de acerq no pueden sumergirse en la solucion de cobre, se hace la contraprueba de plata y sobre ella se hace depositar el cobre. Tambien puede obtenerse esta contrapi:ueba con cera, yeso ó por medio de una plancha de plomo que se comprime sobre la placa grabada, haciéndolas pasar juntas por los cilindros de una prensa de impresion en grabado en dulce. Este procedimiento, se aplica igualmente á las placas grabadas en cobre, y se le utiliza para reproducir las hojas de las plantas, flores y otros objetos, que se colocan entre una plancha de plomo y otra de cobre fuertemente comprimidas. El plomo recibe la impresion de estos objetos y sirve de molde para obtener una contraprueba en cobre, que, por medio de una segunda deposicion, da una placa grabada en hueco. Se comprende que los objetos así reproducidos, se deforman y se rompen. Para obtener las placas de cobre puro, Smée emplea la corriente de su pila, bastando pulimentadas luego para emplearlas para el grabado al buril ó al agua fuerte; as4., son prefe-

ribles al cobre del comercio, en el cual se encuentra á veces el estaño ú otros metales, que hacen irregular la accion del água fuerte. Una de las aplicaciones más corrientes se refiere á la reproduccion de los grabados en madera. Se saca el molde de la superficie grabada, en guta-percha, sobre la cual se deposita una capa de cobre de medio milímetro aproximadamente de espesor; se vierte aleacion de la que se emplea para los caracteres de imprenta, de modo que forme una placa de 3 á 4 milímetros de grueso, que se clava luego en una tabla de madera. Con ello se da al conjunto una altura total igual á la altura de los tipos de imprenta. Con estos clichés, comunmente llamados galvanos, se puede obtener un tiraje ilimitado, y tienen la ventaja, además, de que la madera grabada puede reproducirsé un gran número de veces por la galvanoplastia. . Procedimiento Gillot.-Este procedimiento es muy económico y se le emplea mucho en la tipografia. 1.º Se principia por calcar una prueba reciente de litografia en la superficie pulimentada de una plancha de 'zinc. Se sumerge esta plancha, cuyo reverso 2. está protegido por una capa de barniz, en agua acidulada con ácido nítrico, que ataca y ahueca ligeramente el zinc en todos los púntos que no estén cubiertos por la tinta del dibujo, cuyos trazos permanecen _e n relieve. 3. º Se llenan los huecos con un barniz y, por medio de la gal vano plastia, se va depositando el cobre en los trozos salientes, que no cubre el barniz, obteniéndose de este modo una plancha en relieve que se fija á una tabla de madera que se emplea como los galvanos. Hoy dia, casi siempre se prescinde de esta tercera operacion. . Galvanogra.fia.-Sobre una plancha de metal se traza el dibujo con una tinta foi:mada de una mezcla de esencia detrem,.entina y de goma laca y se hace depositar una capa de cobre sobre esta placa. El espesor de los trazos forma líneas y huecos debajo de la capa depuesta; se arranca esta y se la emplea como una plancha grabada en hueco para tirar las pruebas. Hoffmann emplea una tinta tan extraordinariamente flúida, que produce unos trazos y dibujos de una finura muy notable. 0

EFECTOS DE" LAS CORRIENTES

'449

La galvanografía, imaginada en 1840 por cobre como electrodo positivo, despues de el príncipe de Lenchtei;iberg, ofrece varias dibujada, como en el procedimiento de la ventajas: no hay-necesidad de dibujar el re- galvanografía; las partes cubiertas de tinta no verso y puede corregirse la placa sin perju- son atacadas y permanecen en relieve. El mismo resultado se obtiene, depositan.do, dicarla. Procedimiento Duclos.-1.º Se dibuja ó se por electrolisis, oro al fondo de las lineas tracoloca -µna prueba reciente sobre un.a plan- zadas sobre el ba,rniz que cubre el cobre, quitan.do luego el barniz y haciendo servir la cha de cobre plateada. Se deposita por galvanoplastia un.a plan.cha de electrodo positivo. Las partes do2. capa muy delgada de hierro, que n.o ataca la~ radas, sin atacar, permanecen. en relieve. Placas daguerreotípicas.-Las placas da,.. partes cubiertas de tinta . se graban para tirar pruebas con guerreotípicas esencia ó bencina con tinta 3. º Se quita la tinta. Sobre estas placas, de cobre plateado, de tremen.tina. 4. º Se extiende mercurio sobre la plancha, las sombras del dibujo se producen. por la el cual se adhiere á la plata puesta al descu- superficie brillante de. la plata, y los claros bierto en los trazos del dibujo, y forma líneas por gotitas microscópicas de mercurio, tanto brillan.tes en relieve capilar, al quitar el esce- más numerosas cuan.to más blanco deba ser el den.te de mercurio por m€dio de un pincel tono. Se ensayó primero depositar un.a capa de cobre en la placa; pero los huecos formaflojo. 5. Se vierte cera ó yeso sobre la, plancha dos por las gotitas eran muy profundos. Bery se obtiene un molde en el cual las líneas res, despues, trató de atacar la placa con agua fuerte; y por último consiguió Grove grabar del dibujo están reproducidas en hueco. Falta §-olo reproducir este mola.e en cobre estas placas haciéndolas servir de electrodo por una doble operacion galvan.oplástica, y positivo, despues de cubierto su reverso con se obtiene así una placa en hueco á propósito goma laca. Un.a mezcla de 2 volúmenes de ácido clorhídrico de densidad igual á 1'1 en para la impresion en grabado en dulce. Electro-tinte.-Para aplicar este procedi- 1 volúmen de agua, es la fórmula más apromiento, imaginado por Kobbeel; se dibuja en piada para esta operacion; este líquido ataca ,una plancha de cobre, por medio de un bar- la placa mucho más que el mercurio, de suerniz traslucido aplicado ~con pincel, por capas te que la plancha da in.mediatamente pruebas más ó menos gruesas, segun los tonos que se directas. El electrodo negativo' está formado quieran obtener. Sobre este dibujo se depo- por un.a hoja de platino de tamaño igual al de sita una capa de cobre y se obtiene una plan-_ la placa, y está separado de 5 milímetros socha grabada en hueco, que da pruebas de lamente de ella para que la accion sea un.iforme. Basta un solo par de ácido nítrico;~y la aspecto semejante á un dibujo al lavado : Grabado galvánico al polo positivo. -La operacion n.o debe durar más de 30 segundos. disolucion del electrodo positivo se utiliza para Lavada la placa con agua destilada, presenta grabar de varios modos las planchas de meun buen dibujo de color pardo, pr_oducido por tal. El grabado en dulce sobre cobre lo ob- el oxicloruro que se ha formado. Se quita tiene Smée del modo siguiente: Cubierta la esta substancia con un lavador en agua lige'plancha con un barniz en el cual se han tra- ramente amoniacal, y ya se pueden tirar in.z~do las líneas del dibujo, en vez de grabar mediatamente pruebas con tinta, ó con el el metal con agua fuerte, se utiliza la plancha cobre tomar copias galvanoplásticas de la de electrodo positivo, soluble en una disolu-- placa. Cita Grave un escudo de 2'5 metr.os de cion de sulfato de cobre. El metal del fondo altura, reproducido por este procedimiento, de las líneas es atacado, grabándolas así de en el cual babia 5 lín.eas de in.scripcion., fáciles un modo más limpio y más regular que con de leer con el microscopio, en la prueba. Galvant'~aclon._::_En vez de tomar la copia el agua fuerte, siempre que el electrodo nede un objeto se le puede cubrir con una capa gativo sea tan grande como la plancha. El príncipe de Luchtenber$" obtiene el gra- ¡ muy delgada de metal para que no se alteren bado en relieve, tomando una plancha de los detalles de su superficie, y que sea su:fi0

Ffs1cA lND.

11.-57

;

FÍSICA INDUSTRIAL

cientemente gruesa para que no se rompa al sacarla. Estos objetos reciben entonces el nombre de galvani1ados . Se principia por metali1ar su superficie con plombagina; se les sumerge · luego eÍl la disolucion, haciéndoles comunicar con el polo negativo de una pila. Con ello se cubren de una capa de cobre, oro, plata, los objetos de yeso, hueso, vidrio, loza -:i;- tambien los tejidos. Soyer presentó al Instituto de París el cadáver de un niño cubierto con una capa de cobre, por este procedimiento. Cobreado del hierro jundido. - Los objetos de hierro ó de fundicion que deban estar expuestos á la accion del air,,e, se protegen depositando una capa de cobre en su superficie. Se pone la pieza en comunicacion con el polo negativo de la pila y se la sumerge en la solucion de sulfato de cobre, despues de cubierta con una capa de pintura al minio, -para .preservar la superficie de la oxidacion que produciria el ácido al separarse del sulfato. Las fuentes de fundicion que decoran los Campos-Elíseos y la_s plazas de París, y las iuentes colosales de las plazas Louvois y de la Concordia, están cubiertas con una capa de un milímetro de grueso, por este procedi - · miento. Miles de candelabros, adornos de arquitectura, en particular en la nueva opera de París, están protegidos igualmente de la accion del aire. Los detalles de las superficies son un poco ·borrosos, pero no lo son tanto como con la pintura al óleo, particularmente en las grandes piezas, puesto que el cobre se deposita en mayor cantidad en los relieves que en los huecos. Con rela_cion á los objetos pequeños ya es distinto, por cuyo motivo Weil deposita el cobre en capa adherente y, por consiguiente, tan delgada como se quiera, sobre la superficie bien límpia, sumergida en una '. disolucion de sulfato de cobre que contenga ácido tártrico, y muy alcalina por medio de la potasa .ó la sosa. Con esto se obtienen más detalla- . dos los dibujos. V:arias son las aleaciones que pueden depositarse en los cuerpos; mas, téngase en cuenta que las disoluciones no deben contener los metales en las proporciones de la aleacion .que se quiera obtener, á causa de la influen-

cia de las masas. Además, estas proporciones dependen de la intensidad de la corriente, y cambian á medida que se va formando el de. pósito. Ruolz cubre las piezas de hierro con un bronce semejante al de los cañones, por medio de una disolucion de cianuro de potasio, cianuro de cobre y bióxido de estaño. El hierro, la fundicion, el acero, el zinc, el plomo, el estaño y sus aleaciones s.e pueden cubrir de laton por medio de diferentes mezclas. Brunel, Bisson y _Gangain indican la disolucion siguiente: Carbonato de potasa .. Cloruro de cobre .. Sulfato de zinc .. Azoato de amoniaco.

50 partes. 2 -

))

Substituyendo el sulfato de zinc con una sal de estaño, se obtiene un depósito de bronce. Weil obtiene resultados sorprend~tes añadiendo percloruro de estaño ó estañato de sosa á la solucion de sulfato de cobre. DEPÓSITOS DE METALES EN CAPAS DELGADAS

ADHERENTEs.-El arte de dorar y platear, por medio de la pila, fué inventado inmediatamente despues de las investigaciones directas, motivado por el cl¡eseo de sustituir el método mortífero del mercurio, con procedimientos que no presentaran ningun peligro á la vida de los operarios. Se sabe que, para dorar ó platear por medio del mercurio, se extiende sobre la superficie bien limpia del cobre ó del bronce, una capa -de una amalgaII_?.a de oro ó de plata; se calienta para que se evapore el mercurio, y el metal precioso queda adherido á la superficie. Pero, como los vapores de mercurio son un: peligro constante para los operarios, á pesar de emplear los hornos perfec-· donados de Arcet, las repetidas faltas de precaucion,, han hecho que ya no se utilice este sistema . En 1823, de la Rive hizo los primeros ensayos de dorado galvánico. En 1805, ya Brugnatelli había dorado medallas, sumergiéndolas en una disoludon de oro y poniéndolas en comunicacion con el polo negativo de una pila; y al practicar Becquerel sus investigaciones relativas· á la reduccion de varios mi-

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

nerales por la electricidad, obtuvo tambien disposiciones metálicas adherentes; mas, por desgrada, no se continuaron estos ensayos. Al principio, de la Rive sólo consiguió- dorar el platino, puesto que la disolucion ata~ • caba los demás metales é impedia la adherencia del oro. Alentado por los resultados obtenidos con la galvanoplastia, continuó sus investigaciones y consiguió dorar la plata y el laton, empleando el siguiente método: suspendió el metal que debia dorarse en una di_. solucion neutra y muy dilatada de cloruro de oro, contenida en una vejiga sumergida en agua ligeramente acidulada por el ácido sulfúrico. La electricidad se producía por un cilindro de zinc que rodeaba la vejiga, y se unía por un alambre de plata al metal que se doraba. El dorado así obtenido no tenia toda la solidez necesaria, pero en cambio estaba encontrado el principio. Elsner dió un gran paso en esta cuestion, demostrando que la falta de adherencia procedía de que el metal que se doraba era atacado por el ácido puesto en libertad en la electrolisis. Empleando Boetger una disolucion de cloruro doble de oro y de potasio, consiguió dorar el hierro y el acero. En 184r Perrot, de Ruan, 'presentó á la Academia de ciencia,s objetos de plata, cobre, acero, hierro, perfectamente dorados, y hierro cubierto con una .capa adherente de platino, cobre y zinc. A Ruolz se debe la solucion completa del problema por medio de la p1la; descuqrió varias soluciones eficaces y extendió el procedimiento á otros metalés distintos del oro, tales como la plata, el platino, el cobre, el zinc, ·etc. Al propio tiempo los hermanos Elkington explotaban en Birmingham un procedimiento de dorado sin mercurio, imaginado, por W right llamado dorado al temple, que sólo se apfü:aba á las aleaciones del cobre, y con perseveran.te estudio, extendieron á otros metales por procedimientos semejantes á los de Ruolz. Adquiridos por Ch. Christofle los privilegios de Ruolz y los de Elkington, fundó en París la célebre casa conocida universalmente por sus excelentes y ricos productos. Dorado al temple ó por inmersion. - Este

451

procedimiento, en el cual la electricidad no se emplea directamente, sóro se aplica al cobre y s~s aleaciones.' Antiguamente, los relojeros doraban las pequeñas piezas de cobre y de acero sumergiéndolas en una solucion bien neutra de cloruro de oro; pero sucedia que el ácido puesto en libertad determinaba una oxidacion muy rápida. Para evitarlo, debía emplearse una solucion alcalina que neutralizase el ácido abandonadó por el oro. Segun Macquer, se conocía la disolucion de oro en los carbonatos alcalinos, péro sus resultados no eran prácticos. Hé aquí como se prepara el baño de oro: se disuelven r55 gramos de oro en una mezcla, á pesos iguales, de agua, de ácido acótico (densidad r' 45) y de ácido clorhídrico (densi~ dad 1'15), en caritiá.ad de r35 gramos de cada substancia. Se dilata con r8 litros de ·a gua, se añaden 9 kilógramos de carbonato de ·potasa y se hace hervir durante dos horas. El bícloruro de oro se transforma entonces en protocloruro, que da un tinte verdoso á la disolucion. La sal de acedera, otras materias orgánicas, las impurezas que pueda contener el carbonato de potasa, favorecen la reaccion. La cualidad principal de esta disolucion es el · ser alcalina, de modo que el ácido' libre no ataca el cobre. Para dorar el cobre ó el laton, 'basta su-mergirles un instante en la disolucion hirviente. Se lavan luego con mucha agua y se secan con serrin de madera caliente. Este procedimiento produce una capa dorada muy delgada, que se gasta prontamente con el roce, de modo que no es tan bueno como el dorado por el mercurio, que deposita de 50 á 250 gramos de oro por decímetro cuadrado, mientras que el dorado al temple sólo precipita de 27 ·á 42·. Becquerel obtiene, por simple inmersion; en el cobre, el laton, el hierro y otros metales, depósitos muy ténues de oro, platino, plata, nikel, paladio, iridio, cobre, antimonio, bismuto, estaño, plomo; para ello emplea el doble cloruro alcalino del metal que se deposita; opera como para dorar, y á temperaturas que varian de 60 á roo grados. Dorado galvánico. - El dorado galvánico presenta la ventaja de póderle aplicará toda clase de metales, en capas tan gruesas_ como

FÍSICA INDUSTRIAL

se desee. Las disoluciones que para ello se emplean son ordinariam ente doble cianuros -alcalinos. Por lo comun se emplea un baño formado de una parte de cloruro de oro y de dos partes de cianuro simple de potasio disueltas en roo partes de agua. Becquerel indica tambien los boratos y Roseleur loshipofostátos. Aparatos. -Los hay de dos clases, simples y compuestos. Con los primeros, se practica el experiment o como lo hacia de la Rive, sólo que la vejiga está sustituida por un vaso poroso. Comunmen te se emplea la disposicion representad a énla fig. 104; los objetos que se deben dorar ó platear se cuelgan con alambres de cobre á un aro apoyado en los brazos T. . Como el vaso poroso deja pasar, por endosmosis, un poco de la solucion de oro, para los objetos delicados se emplea la disposicion siguiente:. V (fig. 107) es un vaso de porcelana con varias tubuladura s, cada una de las cuales está tapada con kaolin húmedo ó a;;cilla desprovista de carbonato de cal y están cubiertas ·e xteriormen te con un lienzo. El vaso V recibe la solucion de oro y el objeto o que se dora. Este vaso está sumergido en agua acidulada y rodeado de un cilindro de zinc -i {, que suministra la electricidad, y está unido por un alambre/ al objeto que se dora. La fig. ro8 represen ta un aparato compuesto . . P P' es la pila, comunmen te formada de 4 á 6 pares Daniel!. La disolucion está contenida en una gran cuba de madera, atravesada por dos alambres dorados a c, a' c' situados un poco más altos que el nivel. El alambre a' c' sostiene unas láminas de oro o, o' que sirven de electrodos solubles y comumca con el polo positivo;· el otro a c, está en relacion con el polo negativo. Los demás alambres, situados entre los dos anteriores, que comunic?n metálicamente con a c solamente, sirven para colgar los objetos que de5en dorarse. Los aparatos compuestos son preferibles á los aparatos simples, pues permiten graduar la fuerza de la corriente segun la temperatur a, el estado de concentrac ion del baño, y en-particular el número y tamaño de los objetos que se doran. Desengrasado y Umpiado. -Se principia por quitar las materias grasas, por la calcina-

cion; luego se limpia la pieza sumergiénd ola en varios ácidos, para destruir el óxido que se ha f6rmado. Comunmen te se emplea una mezcla de ácido sulfúrico y de ácido nítrico, á la cual se añade sebo y sal de mar; se lava con agua y se seca con serrín caliente de madera. Si es posible se limpia en seco con esmeril ó piedra pomez. A veces se amalgama ligerament e la superficie, sumergiend o la pieza en nitrato de mercurio y luego se frota con una piel muy blanda, para extender el mercurio, así que principia á blanquear la superficie. En general, el dorado es mate ó brillante segun sea mate ó pulimentad a la superficie. Sin embargo, si la capa es gruesa siempre es mate el dorado; en cuyo caso se la termina por los procedimientos ordinarios, frotándola con un cuerpo duro. La primera condicion para obtener una capa adherente, estriba en emplear una disolucion alcalina, que es en lo que consiste el descu:_ brimiento de Roulz y de Elkington. Una vez llenada esta condicion, la adherencia será tanto mayor cuanto más débil sea Ja corriente y más dilatada la disolucion. El grueso de la capa de oro es proporcional á la duracion de la operacion; así, pues, será fácll conocer á cada instante el grueso obtenido, conocido que sea el peso de oro que se deposita en la unidad de tiempo en un decímetro cuadrado. La operacion es más rápida en caliente que en fria, y la rapidez no guarda ninguna relacion con la naturaleza del metal que se dora. Aplicaciones del dorado galvánico .-Por este procedimiento se puede dorar la plata, el platino, el estaño, el cobre y sus aleaciones. El hierro y el acero deben cubrirse antes con una débil capa de cobre, lo cual se obtiene sumergiénd olos en sulfato de cobre. Los utensilios de los laboratorio s, los instrument os de cirugía, pueden por este medio-pres ervarse de la oxidacion. Para dorar algunas partes solamente de las superficies, se emplean barnices que se aplican á aquellas que no deben dorarse y así se obtienen ·efectos muy variados. Hammann dora las placas de cobre que deban grabarse, en vez de preservarla s con barniz; las líneas formadas sobre el oro con la punta d.el buril, son más limpias que sobre el

EFECTOS DE LAS CORRIENTES 453. .,. barniz; y como la capa de oro subsiste dés- ríos, las piezas de relojería, etc. La capa de pues del tirage de las pruebas en tinta, es platino cuesta muy poco más que la de plata, pero no es necesario que sea tan gruesa. muy fácil siempre hacer las correcciones. El acero se depone sobre el cobre, por mePlateado galvánico.-El plateado se ejecuta del mismo modo que el dorado y se aplica á dio de cloruro doble de hierro y de amonialos mismos metales. EL baño es un cianuro de co. Acerando así las piezas de cobre grabaplata y de potasio y la operaciones más lenta das, se las hace capaces de soportar un tirage que en el oro. Con el nombre de plateria mucho más considerable. Ckrt'stofle se fabrican objetos de arte, servi- . El cobre se depone sobre el hierro fundido cios de mesa y cubiertos, de aleaciones blan- y la plancha de palastro, más difícilmente que cas distintas que, plateadas, presentan eras- los metales preciosos, por medio de un doble pecto y las cualidades exteriores de la plata cianuro de., cobre y de potasio, baño muy maciza. El peso de la plata depuesta es muy apropiado tambien para la galvanir_act'on si variable; para los cubiertos es de 3 gramos no fuese tan costoso. Se obtiene un depósito de laton, con un por decímetro cuadrado. baño de cianuro de cobre y protocloruro de Balanr_a Roseleur.-Para no tener que vigilar la operacion, se suspenden los objetos estaño disuelto en el cianuro de potasio. El nickel se precipita en capa adherente soque se platean en un aro de' metal unido por medio de un alambre á uno de los brazos de bre varios metales por II?edio ·del sulfato douna balanza bien equilibrada, y se carga el ble de nick:el y de amoniaco; en el comercio brazo opuesto con un peso determinado. Este se encuentran instrumentos de física y vabrazo apoya en un tope que comunica con el rios objetos de metal llamados niquelados, polo negatt'vo de la pila, y el polo positivo cubiertos así co.n una capa blanca y brillante. El plomo se depone fácilmente en el hierro, comunica con el baño, de modo que la corriente pasa por el tope y por el fiel. Cuando la fundicion y los demás metales, por medio la plata depuesta alcanza un peso suficiente- de una disolucion de óxido de plomo en la mente grande para levantar el exceso de car- potasa; las calderas de plancha aplomada susga, el brazo. se separa del tope, se abre el cir- tituyen muy ventajosamente á las calderas de plomo. cuito y cesa la operac10n. Estaiiado galvánico. - El estaño se aplica Tambien pueden deponerse capas delgadas de plata en cuerpos malos conductores, con fácilmente sobre el hierro, el cobre, el laton, lo cual se aproxima entonces á los procedi- obteniéndose así un medio de estañar rápido mientos de galvanir_act'on con adherencia. y fácil que se aplica á las telas metálicas sin Hojas bien subdivididas, como las del hinojo, que se empasten; la disolucion que se emplea del serpol rizado, revestidas de una capa de se compone de óxido de estaño en la potasa. Hierro galvanir_ado. - El zinc depuesto en plata ·ó de oro, forman alhajas tan delicadas en dibujo, que quizás el arte imitaria c9n mu- el hierro le preserva de la oxidacion, aunque la capa esté cortada, puesto que existe entoncha dificultad. ces una accion galvánica que dirige la oxidaDeposict'on de varios metales. - En gran cion hácia el zinc, más oxidable que el hierro, .número son los metales que, como el oro y la plata, pueden deponerse en capa delgada y pero que está preservado por sí por la priadherente, lo cual se ejecuta por los mismos mera capa de sub-óxido insoluble que se forma en su superficie. procedimientos. Con el nombre de hierro galvanir_ado se El platino se precipita con gran lentitud, si se emplea el doble cianuro; y tan rápidamente usan mucho hoy dia objetos de hierro cucomo el oro, cuando se emplea el cloruro do- biertos con una capa de zinc. Esta importante industria fué creada, antes ble de platino y de potasio disuelto con potasa cáustica. Roseleur indica una disolucion que el dorado Ruolz, por Sorel, que empleaba el sulfato de zinc, sustituible por la disolucion de fosfato doble de sosa y de platino. El platino se-aplica al hierro, al acero, al de óxido de zinc en la potasa. Si lcis objetos son groseros, basta sum~rgir cobre, á las armas, los utensilios de labora to-

4~4

FÍSICA , INDUSTRIAL .

ficientemente, se suspende 1a operac10n así que aparece el tinte rojo, esto es, al cabo de algunos minutos. En los metales cuyos óxidos sean solubles en el amcmíac6, como el cobre, el oxígeno del · agua produce una oxidacion que dificulta la adherencia de la capa. Metales coloreados con el peróxido de plomo. -Bajo la influencia de una corriente obDEPOSICIONES DE ÓXIDOS PRESERVADORES.~ Cuando solo se trata de preservar los meta- tuvo Becquerel deposiciones adherentes de les de la oxidacion, en vez de cubrirles de una peróxido de plomo sobre varios metales, tan peliculá de un metal inoxidable, es más ven- delgadas que presentaban colores vivos, detajoso cubrirles de un óxido inalterable, como pendientes de su grueso. Estos colores guarel h{drato de peróoct'do de plomo y en parti- dan cierta analogía con los anillos irrisados cular el peróxido de hierro que, resistiendo de Nobili, pero, aquellos no se borran tan fá· las más altas temperaturas, puede --preservar cifmente como estos últimos. en un vierte se colores, los obtener Para las piezas de hierro, que se oxidan con tanta · rapidez bajo la accion del fuego. Becquerel gran vaso de vidrio una disolucion de potasa dice que las disoluciones de los óxidos en los saturada de peróxido de plomo; en ella se álcalis son los únicos que hacen· que el pe- sumerge el objeto que ha de recibir color, y róxido depuesto adhiera fuertemente al hierro se le hace comunicar, por uno ó varios puntos, con el polo positi'vo de una pila. El polo que es muy oxidable. La disolucion de plomo se obtiene haciendo negativo e·s tá armado de alambres de platino hervir 150 gramos de litargirio en 2 litros de que se presentan á varios puntos de la superagua, que conteng:1 ~oo gramos de potasa ficie, y estan rodeados de tubos oe vidrio, cáustica. Una vez trio el líquido, se le dilata excepto su extremo. Moviéndoles, convecon igual volúmen de agua y se vierte en un nientemente, se modifica el espesor a·el depóvaso poroso en el cual se suspende el metal sito en los varios puntos, y así se obtienen que se quiera cubrir, despues de haberle lim- tonos variados. Con seis pares cobr.e-zinc amalpiado bien en seco y- pulimentado con la pie- gamado, la operacion dura uno ó dos minutos. dra pomez. El .vaso poroso, está dentro de Se lava luego el objeto con mucha agua y se le seca. 1 agua que contenga - - en peso de ácido ní-· Segun Becquerel, la disoluciones un plom· 20 trico concentrado; este líquido comunica con bato de potasa; el óxido de plomo se depone el polo negativo de uno ó de dos pares Da- en el electrodo positivo, pasando al estado de niell, cuyo polo positivo comunica con el me- peróxido unido á un eqtlivalente de agua. El oro, la plata., el platino, el cobre, el tal que se cubre. El oxígeno del agua descompuesta se une al protóxido de plomo acero, ... etc., pueden tambien recibir los code.puesto en el metal, de suerte que este no se lores más vivos; el tono dep~nde, en parte, oxida y, al cabo de algunos minutos, se endel metal, puesto que la deposicion es traspacuentra cubierto de una capa de peróxido de rente. Los resultados dependen muy partiplomo pardo oscuro, suficientemente adhe- cularmente del cuidado en dejar bien límpida la superficie que deba cubrirse. El oro, el rente para soportar la accion del bruñidor. La disolucion de hierro se- obtiene calen- platino, el hierro y el acero, se lavan simpletando protosultato de zinc en amoníaco; se mente con cepillo en agua alcalina; el cobre extrae el aire haciendo el vacío, y se con- y sus aleaciones se limpian con ácido, como serva erí frascos con tapon esmerilado. La para el dorado. A pesar de todas cuantas preoperacion se ejecuta como con el plomo, y la cauciones se tomen, puede no dar buenos rereaccion es la misma. La deposicion es al sultados la operacion, en cuyo caso se sumerge principio pardo-roja, se va oscureciendo luego la pieza en ácido acético, para quitar el óxido, y al cabo de algunas horas toma el tinte vio- y se principia de nuevo. Los colores obtenidos con el peróxido de 1-eta. Como.las capas oscuras no se adhieren suel hierro bien limpio, en el zinc fundido; má"s para los objetos delicados como son la- plancha delgada, los objetos de arte, de fundicion, las telas metálicas, etc., se emplean los procedimientos galvánicos. Las balas de cañon, cubiertas con una capa de zinc, ya no se oxidan, particularmente en el mar. ·

EFECTOS DE LAS CORRIENTES

plomo, se alteran al aire por las exhalaciones ácidas ó amoniacales, que absorven su oxígeno. Para evitar este inconveniente, Becquer.el cubre la película de color, de un barniz saturado de oxígeno, aplicado con pincel, preparado calentando moderadamente durante dos horas, en un recipiente barnizado, medio litro de aceite de lino que contenga de 4 á 8 .gramos ds') litargirio y 2 gramos de sulfato de zinc, cuya mezcla se filtra luego para separar el exceso de litargirio. CONSERVACION DEL FORRO DE LOS BUQUES.-

El forro de cobre de los buques se corroe con mucha rapide~ por el agua del mar. Trató Davy de combatir esta accion por medio de fuerzas eléctricas, aplicando primero_al cobre, de distancia en distancia, pedazos de un metal muy oxidable, como el zinc y. el hierro fundido; y obtuvo muy buenos resultados, por cuanto la accion ejercida por el agua de mar en el zinc ó el hierro, desarrolla electricidad; el flúido negativo pasa al metal atacado y de allí al cobre, y el flúido positivo pasa al agua, atravesada por una corriente que va del zinc ó hierro al cobre. Esta corriente descompone el agua, y transportado el"hidrógeno al cobre impide su .oxidacion. La experiencia ha demostrado que, para preservar completamente el cobre, es preciso que la superficie del metal protector sea 1 - -

ó - - de la del cobre; si esta superficie es 40 _50 . ?J-enor, el cobre pierde de su peso, y tanto más cuanto menor sea aquella. Pero, se ha observado que el cobre se cubre, particularmente alrededor de las placas de zinc ó de hierro, de los cuerpos electro-positivos que contiene el agua, tales como carbonatos de cal y de magnesia, cuyas incrustaciones sirven luego de receptáculo á las plantas marinas y á los mariscos. Esta crosta parásita que cubre el casco del buque, dificulta en parte su marcha y aumenta su peso. Quizás se corrigiese esto poniendo menos zinc, con lo cual el cobre se corroería ligeramente. Se ha visto des pues, que las planchas laminadas de bronce ó de latan pueden sustituir muy ventajosamente al cobre, puesto que su alteracion es mucho más lenta, y con los metales que se añaden forman pequeños pares, tan próximos unos á otros que dificultan la

q-55 deposicion de las incrustaciones. ·se han visto forros ó bliruiajes de estos en perfecto estado al cabo de diez años de navegacion. Del exámen y del análisis de planchas de bronce de varios buques recien llegados de sus viajes, deduce Bobierre, que, para que sean poco alterables, debeh ser de estructura regular y coatener suficiente cantidad de estaño íntimamente unido al cobre. Relativamente á las planchas de laton, es indispensable que no contengan ninguna materia extraña (plomo, arsénico) y que hayan sido laminadas en caliente. Una vez obtenidas estas condiciones, hé aquí como se reconocerá la buena calidad de la mezcla; des pues de bien lavada la plancha, para quitar la película de la superficie, se la sumerge como electrodo positz'vo en una disolucion de sulfato de cobre, frente de una plancha de cobre que forma el electrodo negativo, y se hace pasar la corriente de un par Callaud. El ácido depuesto en la plancha de latan la corroe, y al cabo de unas doce horas, si no es homogénea, presentará desigualdades su superficies y cavidades irregulares, semejantes á las que experimentaría en el mar. Algunos procedimientos galvanoplásticos. - Un doctor inglés, M. Gorc, señala una nueva disolucion, compuesta de 0 1 88 gramos de cristales de asparagina disueltos en 18 centímetros cúbicos de agua destilada: La disolucion era ligeramente ácida y la empleaba Groe á 70 grados centígrados. En este líquido se disuelven los-óxidos metálicos y se hace la electrolisis con la cor- . riente de una pila que comprenda de uno á seis elementos, iinc y platino con 1ác.ido sulfúrico diluido. Los electrodos emple¡idos presentaban generalmente una superficie de dos centímetros cuadrados. Con 0'23 gramos de óxido de cadmio hidratado, disuelto en 20 centímetros cúbicos del líquido, y con eiectrodos de cadmio y de cobre, se hap. obtenido depósitos blancos y regulares de cadmio. No se presentaba ningun gas en los electrodos y el anodo permaneció brillante. Se ha. obtenido un depósito bastante bueno de zinc, sin ninguna produccion de gas, empleando 0'28 gramos de óxido de zinc disueltos en 23 centímetros cúbicos de la solucion,

FÍSICA INDUSTRIAL

con electrodos de zinc y de cobre y la corriente de seis elementos de pila. Reemplazando el óxido de zinc por la magnesia y empleando magnesia en vez de zinc para uno de los electrodos, se podia depositar una delgada capa de magnesia sobre el electrodo de cobre. Se observó una gran produccion de gas en los dos electrodos y el depósito no se mejoró cuando se empleó un anodo más grande ó un catado más pequeño, ó una disolucion más - concentrada. Se obtenía facilmente un pequeño depósito de cobre con 0'9 gramos de óxido de cobre disueltos en 23 centímetros cúbicos de líquido, un anodo de cobre y catado de platino, y la corriente de seis elementos.

Añadiendo un poco de amoníaco á la disolucion se disminuía la resistencia del baño, pero se producía gas en el catado, y el metal depositado era blando y de color oscuro. Se obtenía un pequeño depósito de mercurio, sin ninguna produccion de gases, con o' r gramos de óxido rojo de mercurio (ó amarillo) disueltos en 20 centímetros cúbicos del líquido y la corriente de seis elementos. Se obtenía un depósito de plata blanco y regular, con 0'33 gramos de óxido de .plata disueltos en 20 centímetros cúbicos del líquido y con la corriente de uno, dos y cuatro elementos. Los electrodos eran de plata y platino. Ninguna produccion de·gas. El cianuro de plata es insoluble en caliente en una solucion de asparagina.

CAPÍTULO V

Efectos de las corrientes.-Electrodinámica.

FECTOS MECÁNICOS DE LAS CORRIEN- cidos son distintos, segun 1~ direccion de las · TES. - En el flúido eléctrico que corrientes · y segun sus posiciones relativas. constituye las corrientes, se ve- Se las puede clasificar en tres categorías; efecrifica algun transporte de mate- tos de despla 1amiento, de orientacion y de ria ponderable, en sentido de su rotacion. Las leyes que les regulan son las direccioñ. El arco voltáico, que siguientes: más adelante estudiaremos, es un ejemplo de esto,· pues se demues- Desplazamiento de las corrientes por las corrientes. tra la existencia del transporte de partículas de carbon del polo positivo al polo negativo, LEYES DE LAS CORRIENTES . PARALELAS. - 1.ª que no es más que un efecto ·mecánico dela cor- Dos corrientes paralelas -de igual senUdo se riente. Existen tambien otros efectos mucho atraen. más importantes, como son los movimientos 2. ª Dos corrientes paralelas de distinto que producen á distancia, ya sobre los imanes sentido se repelen. móviles, ya sobre conductores tambien móviEstas l~yes se demuestran experimentalles, atravesados por las corrientes. mente por medio de un aparato debido á AmAccIONÉS MÚTUAS ENTRE LAS CORRIENTER ELEC- pere, modificado por Pouillet y por Obe. TRICAs . .:.._Los efectos mecánicos más sencillos lliane. sc;in las acciones mútuas que se ejercen entre . D escrip'cion del aparato.-Se compone de conductores metálicos recorridos por corrien- dos columnas de latan A y D, entre las cuates. Cuando dos hilos metálicos contíguos les hay una tercera más pequeña c. La coestán atravesados simultáneamente por una lumna D sostiene un marco de madera. M, llacorriente eléctrica, se producen entre ambos mado multiplicador (fig. 109), susceptible de atracciones ó ~repulsiones análogas á las que fijarle á varias alturas por medio de un tornise ejercen entre los polos qe los imanes. Este . llo de presion; á este cuadro se enrolla veinfenómeno, descubierto por Ampere, consti- te veces el hilo conductor de la corriente, tuye una rama de la electricidad dinámica, y así se aumenta mucho la accion de ésta. U.amada ~lectro-dinámica. Los efectos produ- Este multiplicador tiene dos articulaciones que FfsrcA. IND.

T.ll.-58

FÍSICA INDUSTRIAL

permiten, la una invertirlo sobre sí mismo (figura 112), y la otra, colocarle horizontalmente (fig. 115). La pequeña columna intermedia es hueca, y por su interior resbala un tubo de laton terminado poz un vasito c, lleno de mercurio, pudiéndole subir ó bajar más ó menos . La columna A soporta un vasito a. lleno igualmente de mercurio, representado en seccion y en tamaño natural por la fig. 1 r I. Tiene en la parte _superior un agujero capilar por donde pasa la punta de una aguja ordinaria fija á una bola de laton. Esta punta se prolonga introduciéndose en el mercurio y· gira libremente en el agujero. En cuanto al circuito móvil, se compone de un hilo de cobre rojo que sale de la bola de laton, y afecta una forma rectangular, en sentido de las flechas, del vaso a al vaso c (fig. 109). Sus dos brazos inferiores están fijos á una tablita delgada de ~adera, ·y todo -el sistema. se nivela por medio de unas bolitas de la ton suspendidas en los extremos. Comprobact'on de las leyes.-La coi-riente de· 4 ó 5 pares de Bunsen se dirige al aparato por la columna ·A (fig. 109); sube hasta el vasito a, recorre el circuito B C, alcanza el ;vasito c, baja por la columna central, pasa por ~l hilo P al multiplicador M N y vuelve á la pila por el hilo Q. Si antes de hacer pasar la corriente se dispone el circuito móvil en el plano -del multiplicador, de modo que los ramales B y M estén enfrente y paralelamente uno á otro, se observa que la corriente pasa inmediatamente, siendo el ramal Bel repelido, lo cual demuestra la oogunda ley, por cuanto en los ramales B y M las corrientes son paralelas y de sentido contrar¡o como indican las tlechas. _ Para demostrar la primera ley, se invierte el multiplicador (fig. 112), en cuyo caso las corrientes son paralelas y de lgual sentido; y si se separa el ramal B antes del paso de la . corriente, será atraído al pasar ésta, lo cual comprueba la ley. _ Obse,:vact'ones.-1. ª En el aparato de Obelliane los dos vasitos no están situados como ~n la figura_1,09, sino reunidos en uno solo, de dos compartimentos concéntricqs aislados uno de otro (fig. 110). Uno de dos extremos del éircuito se sumerge en el compartimento cen~ra~ a,'y el otro en el compartimento b. Con

esta disposicion, la rotacion se opera sin resistencia en el compartimento central; pero, en el segundo, la punta fija á la bola c al girar desplaza el mercurio, produciendo una resistencia bastante grande, particularmente si el mercurio no es bien puro. Con el vaso representado en la figura 1 r r, esta r_e sistencia desaparece. 2." Tanto en los experimentos que preced~n como en los que seguirán, conviene á menudo invertir el sentido de las corrientes. Por esto se _hacen pasar las corrientes· por unos aparatos llamados conmutadores. Estos aparatos se -construyen de varios sistemas, pero sólo citaremos el conmutador de Bertin y -más adelante el de Ruhmkorff. · CONMUTADOR DE BERTIN.-Este conmutador es el más" cómodo de los aparatos de esta clase, y ofrece la ventaja de mostrar inmediatamente el sentido de lá co.rriente. Consiste en una tabla que lleva un disco de ebonita, susceptible de .girar sobre un eje central por medio de un manubrio m (fig. r 13), entre dos aristas c, c'. En el disco están fijas dos placas de cobre, una de las cuales, la o, es siempre positiva, y comunica por el eje y por la placa con el borne P . que recibe el reóforo positivo de la pila; la otra l e, en forma d~ herradura, está ·en cómunicacion, rozando por debajo del disco, con una placa-, que alcanza el borde negativo N. En el borde opuesto de la tabla, hay dos bornes b, b', á que están adaptadas dos hojas elásticas de cobre r, r'. Colocado el disco en la posicion que representa la figura, la corriente que llega al borne P pasa á la pieza o, la hoja r y el borne b que, por una segunda hoja ó por un hilo de cobre, la conduce á . uno de los aparatos de Ampere (figs. 109, uo, etc.). Volviendo luego al borne b', pasa la corriente por la hoja r', la piez~ l e, y por último, por el borde N que la devuelve á la pila, Si el disco está de modo que el manubrio m esté á igual distancia de c y de c' como las piezas o él e ya no están en contacto con las hojas r y r', la corriente no pasa, y si m toca á c, por tocar la hoja o á r', pasa la corriente al borne b' primero y vuelve por b; en este caso la corriente está invertida. LEYES DE LAS CORRIENTES ANGULARES.-!. ª Dos corrlentes rectilineas cuyas dlrecct'ones

ELECTRODINÁMICA

forfnen un ángulo, se dtraen al aproximarse ó alejarse ambas del vértice. 2. ª Si la una marcha hacia el vértice del ángulo y la otra se aleja de él, entonces se repelen. Estas leyes se demuestran con el aparato de la fig. ro9, sustituyendo' el circuito móvil por el circuito B C (fig. rr4). Disponiendo entonces el multiplicador horizontalmente, de modo que su corriente sea de igual sentido que en el circuito _móvil, si se separa éste y se hace pasar la corriente, el circuito se aproxima inmediatamente, lo cual comprueba la ley. - Para comprobar 1~ segunda ley, basta colocar el multiplicador de modo que las corrientes sean de sentido contrario, observándose inmediatamente repulsion (fig. r r 5). Consecuencias.-De esta ley dedujo Ampere que en una corriente rectt'línea, dos ele- : mentas consecutivos se repelen. Esto ordinariamente se comprueba con el experimento siguiente. Se practican dos cavidades longitudinales en una tabla, que se llenan de mercurio, y se unen estos dos baños por un hilo de cobre curvado, que tan sólo descanse en ellos. Así que llega una corriente por el borne a (fig . r 16), pasa del primer baño al segundo por medio del hilo de cobre, que es repelido y se aleja de los dos bornes. Deesto se deduce que los elementos de la corriente que están en contacto, en el mercurio y el cobre, se repelen; pero se observará que los elementos de la corriente que obran uµo sobre otro son más bien angulares que rectilíneos . . LEYES DE LAS CORRlliNTES SINUOSAS.- La accion atractt'va ó repulsiva de una corriente sinu.osa es la mt"sma que la de una corrt"ente ,rectilínea que tenga los mismos extremos. Esta ley sólo se verifica cuando la distancia de !as sinuosidades es muy pequeña, es decir, despreciable con relacion á la longitud total del circuito sinuoso. El aparato que se emplea es el mismo. Se dispone el multiplicador verticalmenta (fig. u7) y se coloca muy cerca un circuito móvil ·m n, compuesto de una parte rectilínea descendente y de una parte sinuosa ascendente. Cuando pasa la corriente no se observa ni atraccion ni repulsion, lo cual prueba que las acciones contrarias del multiplicador sobre el hilo rectilíneo y sobre el hilo sinuoso son iguales.

,, 459

Orientacion de las corrientes por las corrientes.

ACCION DE UNA CORRIENTE INDEFINIDA SOBRE UNA CORRIENTE PERPENDICULAR Á su DIRECCION. -Segun la ley de las corrientes angulares, será fácil determinar, a priori, la accion que ejerce una corriente rectilínea P Q (fig. 118), fija é indefinida, sobre una corriente mó..:. vil. K H perpendicular á su direccion. Para ello, sea O K la perpendicular comun á K H y P Q, la cual se reduce á un punto sí lás dos líneas P Q y K H se cruzan : Supongamos que la corriente P Q se dirija de Q á P en sentido de las flechas y ofteza el caso en que la corriente H K se aproxim·e á la corriente P Q. Segun la primera ley de las corrientes angulares, la porcion Q O de la corriente P Q atrae la corriente H K, puesto que estas corrientes se dirigen ambas al vértice del ángulo formado por sus direcciones. En cuanto á la porcion P O de la corriente P Q, ésta, por lo contrario, repele la corriente K H, por ser las dos corrientes de sentido opuesto con relacion al vértice del ángulo. Representemos, pues, por m q y m p las dos fuerzas, la una atraetiva y la otra repulsiva, que solicitan la corriente K H; fuerzas que tienen igual intensidad, por ser todo simétrico en ambos lados del punto O, á estas dos fuerzas se componen formando una fuerza única m n, que tiende á arrastrar la corriente K H paralelamente á la corriente P Q, en sentido opuesto á esta última. Si consi,d eramos el caso en que la corriente K H se aleje de la corriente P Q (figura u9), se observa fácilmente que es tambien arrastrada paralelamente á esta corriente, en el mis·m o sentido que ella. Así, podremos enunciar esta ley de este modo: Una corriente fi,nita-móvd, que se aproxime á una corriente fija-indefinida, se moverá en una direccion paralela y opuesta á la de la corriente fija; si la corriente móvil se aleja de la corriente fija, se moverá ta1n_bien paralelamente á esta ·corrlente, pero en el mismo sentido. CoNsECUENCIAS. - 1 ." Orientacion de una corriente vertical única . - Si se tiene una corriente vertical , móvil alrededor de un eje X Y paralelo á su direccion ( fi.gs. 120 y r 21 ), toda corriente horizontalP Q que pase obligará á hacer girar la corriente móvil .al

FÍSICA INDUSTRIAL

rededor de ·su eje, hasta qne el plano definido por el efe y la corriente sea paralelo á P Q; la corriente vertical permanecerá fija-, con relacion á su eje, del lado de donde venga la corriente P Q (fig. 120), ó del lado á d.ond e se dirifa (fig. 121), segun sea descendente ó ascendente, es decir, segun se aproxime ó se aleje de la corriente horizontal. Orientaclon de una doble corriente 2. º vertt'cal.- Del principio anteiior se deduce tambien que un sistema de dos corrientes verticales móviles á la vez alrededor de un eje vertical (figs. 122 y 123) se dirije, á causa de una corriente horizontal P Q, por un plano paralelo á esta t'orriente, al ser dichas corrientes verticales, la una ascendente y la otra descendente (fig. 122), y serán ambas descendentes (fig. 123), ó ambas ascendentes, si el sistema es libre. ACCION DE UNA CORRIENTE RECTILÍNEA INDEFINIDA SOBRE UNA CORRIENTE RECTANGULAR Ó CIRCULAR.-Se comprende fácilmente que una corriente horizontal indefinida ejerza sobre una corriente rectangular móvil alrededor de un eje vertical (fig. 124), la misma accion directiva de las corrientes, indicada por las fle.chas; la porcion Q Y obra por atraccion, no tan sólo en la parte horizontal Y D (ley de las corrientes angulares), si que tambien en la parte vertical AD (ley de las corrientes perpendiculares). Igual accion tiene iugar entre la parte P Y y las partes C Y y B C. Luego, la corriente jifa P Q tíende á dirigir la corriente rectangular móvil AD C B en una posicion paralela á P Q, y tal que, en los hilos C D y P Q, el sentido de .las dos corrientes , sea el mismo. Todo cuanto acabamos de decir con relacion á una corriente rectangular, se aplica igualmente á una corriente circular (fig. 125). Rotacion de las corrientes bajo la influencia de las corrientes.

RoTACION DE UNA CORRIENTE HORIZONTAL FINITA BAJO LA INFLUENCIA DE UNA CORRIENTE RECTILÍNEA HORIZONTAL INDEFlNIDA.-Las atracciones y las repulsiones que entre sí ejercen las corrientes angulares podrán producir, en ve~ de un simple desplar_dmiento, un movimiento clrcular continuo.

Sea, en efecto, una corriente O A (fig. 126) móvil alrecledor del punto O, en un plano horizontal, y sea P Q una corriente indefinida horizontal. Dirigidas estas corrientes en sentido de las flechas, resulta que en O A la corriente móvil es atraida por la corriente P Q, por ser de-igual sentido. Al llegará O A', la corriente móvil es atraída .por la porcion P N. Así tambien en O A" es atraída por M Qy repelida por P M y así siguiendo. Esto produce un movimiento de rotacion contínuo en sentido de A A' A" A'". Luego, · debido al efecto de la corriente jifa é indefinida P Q, la corriente móvil O A tiende á girar con movi:. míento continuo en una direccion retrógrada con relacion á 1a de la coi-riente jifa. Si la corriente móvil se dirigiese de A á O, la rotacion se·resolveria en sentido contrario. ROTACION DE UNA CORRIENTE HORIZONTAL FINITA BAJO LA INFLUNCIAE DE UNA CORRIENTE CIRCULAR HORIZONTAL-En este caso, el efecto producido será igualmente un movimiento circular continuo. Sean, en efecto, dos corrientes situadas en un plano horizontal, la una A B C (fig. 127), fija y circular, y la otra m n, rectilínea y móvil al rededor del centro n. Estas corrientes, dirigidas en sentido de las flechas, se atraen en el ángulo n A C, por dirigirse ambas al vértice y en el ángulo n A B; por lo contrario, se repelen, por dirigirse al vértice la una y alejarse de él la otra. Ambos efectos concurren, pues, para hacer girar el hilo m nen sentido de A C B. RoTACION DE UNA CORRIENTE VERTICAL BAJO LA INPLUENCIA DE UNA CORRIENTE CIRCULAR HORIZONTAL-Una corriente circular horizontal que obre sobre una corriente rectilínea vertical, le imprime tambien un movimiento de rotacion continuo. Esta rotacion se comprueba pormedio deun vaso de cobre rojo á cuyo alrededor se arrolla una placa del mismo metal revestida de seda ó de lana, y reGorrida por una corriente fija (fig. 128). En el centro del vaso hay una columnita de la ton a, terminada por una cápsula que contiene mercurio, en el cual se sumerge un pivote que soporta un hilo de cobre rojo b b, en forma de U invertida, y cuyos. brazos verticales, soldados á un anillo muy ligero de cobre rojo, se ·sumergen en el agua. acidulada contenida en el vaso. La corriente

ELECTRODINÁMICA que llega de una pil1;1 por el hilo m, pasa á la cinta A, desde la cual, des pues de haber practicado varios circuitos alrededor del vaso, pasa á la cinta metálica B, y de esta, por de- · bajo del vaso, va á la parte inferior de la co1-amna a. Sube por esta columna, pasa por . los hilos b b al anillo de cobre rojo que /está en el agua acidulada, y á las paredes del vaso, para volver á la pila por la hoja D. Cúrada así la corriente, el circuito b b y el anillo se ponen en movimiento girando en sentido contrario de la corriente fija. Este movimiento se debe á la accion de la corriente circular sobre la corriente de los brazos b b, como es fácil observar segun las dos leyes de las corrientes angulares; el brazo ·b de la derecha es atraído hácia el frente por la porcion A del circuito fijo, y ei brazo b de la izquierda es atraído en sentido contrario por la porcion opuesta. En cuanto á la accion de la corriente circular sobre la parte horizontal del circuito b b, aquella concurre evidentemente para hacerle girar en el mismo sentido, cuya accion podrá despreciarse segun la distancia. LEY ELEMENTAL. - CALCULO DE AMPERE.Fundándose en las leyes experimentales que , acabamos de demostrar, calculó Ampere la ley elemental de las acciones electro-dinámicas. Se llama así la expresion análitica de la fuerza que se ejerce entre dos porciones infinitamente pequeiias ó elementos de corrientes determinadas en intensidad y en posicion. Sean m n y m' n' dos elementos de dos corrientes de intensidades i é i' (fig. 129); sean 6 y 6' sus longitudes, r la distancia O O' de· sus centros, 6 y 6' los ángulos que forman con la línea O O' y w el ángulo de sus dos direcciones. Con estos datos obtuvo Ampere la expresion siguiente de la fuerza recíproca/ ejer-: cida entre estos dos elementos: /

' ., 6 6' . t t r'

( cos

w -

! cos ocos

O' ).

La fuerza f es positlva ó negativa segun se repelan ó se atraigan las dos corrientes. CoNsECUENCIAs. - Conociendo esta ley elemental, será fácil calcular la accion que se ·ejerza entre dos porciones finitas de corrientes, situadas de cualquier modo una con relacion á la otra. Eiemplo. -Accion de una corriente inde-

461

finida X Y, sobre una corriente finita A B (figura 130).- Por medio de la fórmula de Ampere se demuestra que la accion se reduce á una fuerza R normal á A B, que tiende á disminuir el ángulo de las dos corrientes si se aproximan ó se alejan ambas del vértice, y, que tiende á aumentar el ángulo si una de las dos corrientes se aleja mientras se aproxima la otra al vértice. La intensidad de esta fuerza se obtiene, para el caso general, con la fórmula:

= t..t , ( hl

- 21 hl1 son

+ ... etc. )

en cuya fórmula les la longitud A B, h la distancia del extremo Á á X Y, w el ángulo de las corrientes, i é t" sus intensidades. El factor entre paréntesis es la suma de una serie indefinida de términos cada vez más pequeños. Caso partlcular. - Si h es mayor con relacion á l, es decir, si la corriente móvil está . . l a f racc1on a' gran d'1st ancta, Fl' sera' d espre-

ciable, y las potencias de un órden más elevado. En este caso la fórmula anterior queda reducida á

_ i i' l Rh Desde luego, la atraccion ó la repulsion de una corriente indefinida sobre úna cor.riente finita, suficientemente lejana, es una /uerz.a constante, normal á la corriente móvt'l, proporcional á su longt'tud, é inversamente proporet'onal á la simple distancia. Este es el caso más frecuente en la práctica, y esta forma se aplica en particular á la generalidad de los experimentos ya descritos. Corriente terrestre.

AccroN DE LA TIERRA SOBRE LAS CORRIENTES. - A los fenómenos electro-dinámicos están íntimamente ligadas las acciones que el globo terrestre ejerce sobre las corriente móviles, aisl_adas de cualquier otra corriente. Es · evidente que la tierra obra sobre ellos, como sobre los imanes, imptimiéndoles ya una orientacion determinada, ya un movimiento de rotacion contínuo, segun la direccion v·ertical ú horizontal que afecten estas corrientes.

•

FÍSICA INDUSTRIAL DE LAS CORRIENTES VERTICALES. - Ley: Toda corriente vertical, móvt'l alrededor de un eje que le sea paralelo, se coloca, bajo la influencia de la tierra, en un plano perpendicula r . al meridiano magnétt'co, y se para, despues de efectuadas algunas ondulaciones, al este de su eje de rotacion, cuando es descendente y al oeste cuando es ascendente. . Experimento .-Esta ley se comprueba por medio. de un aparato formado de dos vasos de cobre rojo a y K (fig. 132) de diámetros desiguales. El mayor a, de unos 30 centímetros de diámetro, tiene en su centro una abertura atravesada por una colurnnita de laton b, aislada del vaso a, pero que comunica con el vaso K. Termina en un dedal en donde apoya, por un pivote, una ligera espiga de madera. A un .extremo de esta se arrolla un hilo fino de platino ce, cuyos extremos se· sumergen en el agua acidulada contenida .e n los dos ·vasos. La corriente de una pila llega por el hilo m, pasa á una lámina de cobre que, por debajo del soporte de madera del aparato, se suelda á la columna b; sube entonces por b, alcanza el vaso K, lleno de agua acidulada, corre por el hilo c, vuelve á bajar por el hilo e, pasa á las paredes del vaso a á través del agua acidulada que este contiene y alcanza el hilo n que la devuelve á la pila. Así que está cerrado el circuito, se observa como el hilo e se mueve alrededor de la columna by se para al este de esta columna cuando baja, como se ve en la figura; pero si es ascendente, lo cual se obtiene por medio ·de un conmutador n, el hilo e se para al oeste, en una posicion diametralmente opuesta á la anterior. Si la espiga de un solo hilo de la fig. 132 se sustituye por una espiga de dos hilos, como en la fig. 131, esta úitimr Yi no estará dirigida, por tender cada hilo á colocarse al este de la columna b, y se producen dos efectos iguales y de direcciones contrarias que se equilibran. Esto constituye una corriente estática. Hipótesis de la corriente terrestre.-D el mismo modo que se explica fácilmente la accion de la tierra sobre los imanes por la hipótesis de un iman terrestre, así tambien se explica su accion sobre una corriente vertical, por la hipótesis de una corriente terrestre. En el experimento anterio_r se resuelve Ül{lE NTACION

todo como si una corrt'.ente indefint'da, que va del este al oeste, obrase sobre la corriente móvil, perpendicula rmente á su direccion. RoTACION DE LAS CORRIENTES HORIZONTALES, MÓVILES ALREDEDOR DE UN EJE VERTICAL-Ley. -La accion de la tierra sobre las corrientes horizontales no estriba ya en dirigirlas, sino en imprimirles un movimiento de rotacion contínuo, que tiene lugar de .este á oeste, pasando por el norte, cuando la corriente hori1ontal se aleja del eje de rotacion, y del oeste al este cuando se aproxima á él. Experimento .-Esta ley se demuestra por medio de un aparato, que solo se diferencia del anterior por constar de un solo vaso (figura 133). La corriente que sube por la column~ a, pasa por los dos hilos c c y baja por los hilos b b, desde los cu?-les yuelve á la pila. Entonces es cuando principia á girar con movimiento contínuo el circuito b c c b, en sentido del este ar-oeste ó del oeste al este, segun sea centrífuga ó c;entrípeta la corriente que pasa por los hilos c c. Ya hemos visto hace poco que la accion de la tierra sobre los hilos verticales b b se destruye, desde luego su accion sobre los brazos horizontales c ces la que produce la rotacion. PosICION DE LA CORRIENTE TERRESTRE. Tanto este experimento corno el anterior, se explican por la accion de una corriente terrestre que va del este al oeste magnético; accion que permite, además, determinar la situacion de dichá corriente terrestre. Esta corriente puede afectar tres posiciones con relacion á la corriente horizontal móvil: puede estar al nor.te de esta corriente, ó al sud, ó debajo, en el mismo plano que el eje de rotacion. Las leyes de la electro-dinám ica, demostrada antes, prueban que: Si la corriente terrestre estuviese al 1. º norte, la corriente móvil giraría de este á oeste pasando por el sud lo cual es contrario al experimento. Si la corriente terrestre estuviese de2. bajo, la corriente móvil permanecería en equilibrio así que fuese paralela á la corriente directiva y de igual sentido; así pues, ya no giraría de un modo contínuo, como realmente se verifica. 3. º Si la corriente terrestre está al sud, todo debe resolverse como indica el experimento. 0

ELECTRQDINÁMICA

Así pues, los fenómenos se verifican como si la corriente terrestre estuviese al sud de las corrientes móviles, y las conclusiones serian las mismas en todos los puntos de nuestro hemisferio. Por otra parte, si nos transportásemos al hemi~ferio sud, el movimiento de rotacion en todos los puntos tendria lugar entonces en sentido inverso, deduciéndose de ello,· que la corriente terrestre se encuentra al norte de este hemisferio. En resúmen, la tierra obra, en todos los puntos, cowo una corriente inde"fj,nida que gira de este á oeste alrededor, y en el mt'smo plano, del ecuador magnético. ÜRIENTACION DE LAS CORRIENTES CERRAQA_S, MÓVILES ALREDEDOR DE UN EJE•VERTICAL-Si el circuito está cerrado, ya sea rectangular ó circular, ya no es un movimiento de rotact'on contínuo el qu.e se produce, sino una_simple orientact'on, como en el" caso de las-corrientes verticales. La corriente se coloca en un plano perpendt'cular al m-eridiano magnético, de modo que sea descendente ql este de su eje de rotacion

para un observador que mlre al norte, y ascendente al oeste. Este hecho es una consecuencia directa de las leyes anteriores. Y resulta, en efecto, que en el circuito cerrado (fig. 134), las acciones de la tierra sobre las partes horizontales, inferior y superior, son iguales é inversas y, por consiguiente, se equilibran, mientras que en las partes laterales, la corriente tiende á colocarse por un lado al este, y por el otro al oeste, .segun la ley de las corrientes verticales. CüRRIEN'.f.llS ASTÁTICAS.-En los experimen. , tos de electro-dinámica, es imdispensable preservar los circuitos móviles de la accion directiva de la tierra, _para lo cual basta darles una forma simétrica · con relacion á su eje de suspension. De este modo las acciones directrices de la tierra sobre las dos partes del circuito tienden 'á hacerles girar· en sentidos contrarios, y por lo tanto, se destruyen. Esta , ' CO!ldicion queda cumplida .€n las figuras r 12 y r 14. Por esto, á las corrientes que producen este efecto, se les da -el nombre de cor"'" rientes astáticas.

;

CAPÍTULO VI Efectos mecánicos de las corrientes. - Electromagnetismo.

Efecto~ de orientacion; 2. Efectos de rotacion; 3. º Efectos de atraccion ó de repulsion. Además, todos estos efectos son recíprocos, es decir, que así como las corrientes obran sobre los imanes, recíprocamente estos obran sobre las corrientes, para dirigirlas, hacerlas girar, atraerlas ó repeladas. El estudio de estas acciones y reacciones entre los imanes y las corrientes, se llama electro-magnetismo. · 1,,° 0

á la direccion perpendicular á la corriente cuanto más intensa sea esta. Regla de Ampere. - El sentido de la desviacion depende á la vez de la direccion de la corriente y de la posicion del hilo con relacion á la aguja. El polo austral del iman móvil se desvía siempre háda la t"r.quierda de la corriente. · Llama Ampere ir.quierda de la corriente, la de un observadador situado en el hielo que une los dos polos, de modo que entrando la corriente por los piés y saliendo por la cabeza, tenga su cara en frente de la aguja (figura 136). ÜRIENTACION DE LAS CORRIENTES POR LOS IMA-

NES. - La accwn directiva de las corrientes r.º Experimento de CErsted. -Regla sobre los imanes es recíproca. En el experide Ampere. - La accion directiva de las cor- mento de CErsted (fig. 13 5), por ser la aguja rientes sobre los imanes, la descubrió CErs- imantada móvil, yla corriente fija, es la aguja · ted en 1820, y constituye uno de los experi- la que se dirige y cruza con la corriente. Si, mentos fundamentales de la electricidad por lo contrario, el íman es el fijo, y móvil la corriente, ésta será la que se dirigirá y crudinámica. Se tiende horizontalmente, en direccion del zará con el íman, ocupando siempre el polo meridiano magnético, un hilo de cobre, que austral la izquierda del observador. se coloca sobre una aguja imantada móvil (fiPara demostrarlo, se hace pasar una corgura 135). Mientras no pasa por el hilo nin- riente por un circuito móvil (fig. 137). Aproguna corriente, la aguja se conserva paralela, ximando una barra imantada, se observa que más así que alguna corriente atraviesa el hielo, el circuito gira y se cruza con el barrote al la aguja se desvía, aproximándose tanto más cabo de algunas oscilaciones. ÜRIENTACION DE LOS IMANES POR LAS CORRIEN-

TES. -

ELECTROMAGNETISMO RóTACION DE LOS IMANES BAJO LA INFLUFNCIA mercurio, en el cual se introduce una ·punta DE LAS CORRIENTES. - Demostró Faraday los de acero. A esta está fijo un circuito E F, de efectos de rotacion con los experimentos si- cobre rojo, cuyos extremos llevan unas punguientes (fig. 138). 1.ºEnelcentrode una antas de acero que sumergen en un depósito cha probeta llena de mercurio sumerge un bar- lleno de mercurio. rote imantado A, de unos 20 centímetros de Al borde b, llega la corriente de una pila largo, en cuya parte inferior tiene un apén- de 4 á 5 pares Bunsen, desde donde sube por dice de platino, que sobresale de algunos la columna D, baja por los dos brazos E, F, milímetros sobre el nivel del mercurio. En atraviesa el mercurio por las puntas de acero la parte super1or del barrote hay una cavidad y, por el soporte de cobre pasa al borne a, y · que contiene mercurio. La corriente que sube de éste á la pila. Si se sube entonces el cilinpor la columna m, llega al mercurio y al bar- dro de hilos imantados, como representa la rote, y, radiando alrededor de éste pasa á una figura, el circuito móvil E F adquiere un mopieza anular de cobre G, que sumerge en el vimiento de rotacion en uno ó en otro sentimercurio á lo largo de la pared de la probeta, do, segun esté sometido á la ?'lccion del polo pasa por la columna n y vuelve á la pila. Al austral ó del polo boreal del iman. _ pasar la corriente se observa que el barrote EFECTOS .DE DESPLAZAMIENTO. - Estos efecgira alrededor de s:u eje con una velocidad tos consistenenatraccionesy repulsiones ejercreciente, que depende de su momento mag- cidas por las corrientes sobre los imanes. De nético y de la intensidad de la corriente. El sus exper_imentos dedujo La.place la ley elesentido de la rotacion depende de la direccion mental de las acciones electro-magnéticas y de la corriente y de la naturaleza del polo su fórmula la comprobó experimentalmente que flota por la superficie del mercurio. Si Pouillet ydespQes Boisgiraud. este e,s el polo austral y la corriente desciende Experimentos de Biot y Savart. - 1. º Estos al iman, como representa la figura 138, laro- físicos demostraron la atraccion ó la repultacion se hace en sentido de las agujas de un sion de los imanes por las corrientes, con reloj. Si se invierte el sentido de la corriente el experimento siguiente: Suspendieron una la rotacion es inversa, ó tambien si es el polo aguja imantada, de las que se usan para hacer . boreal el que flota en la superficie. calceta, por uno de sus extremos con un hilo 2. º Si el experimento se d1spone éomo muy fino; cerca de la aguja tendieron horien la figura 139, ya no girará el barrote so- zontalmente un hilo de cobre; al pasar la corbre sí mismo, sino alrededor del eje vertical riente, observaron una atraccion ó una repulque pasa por la espiga C. .. sion, segun el sentido de esta. Observacion. - Las figs. 140 y 141, que Una vez demostrada la existencia de 2. corresponden, la primera al experimento de esta fuetza atractiva, comprobaron la ley sela fig. 138, y la segunda á la de la fig. 139, gun la cual variaba con la distancia. Para representan á mayor escala, en seccion _hori- ello, tomaron un imán prismático muy corto zontal, la superficie del mercurio y la direc- suspendido á un hiJo de seda sin torcer y percion de los corrient,es á que se debe la ro- fectamente Ubre de oscilar horizontalmente, tacion. hecho'astático por medio de un grueso barRoT ACION DE LAS CORRIENTES BAJO LA IN - rote imantado, convenientemente dispuesto FLUENCIA DE LOS IMANES. - La accion rotatt'va cerca de aquél. Colocaron un conductor recde las corrlentes sobre los imanes es r ecípro- tilíneo vertical , ·de IO piés de largo, á distanca. Esta ley se comprueba con el experimento cias variables sucesivas del barrote. Al pasar siguiente, debido á Faraday. la corriente, se desviaba la ag uja conforme á A un pié provisto de tornillos de nivel la ley de Ampere, y oscilaba como un pénestá fija una colqmna de cobre b D aislada dulo geodésico que se ~eparase de su posicion por un contacto de marfil, 'que atraviesa un de equilibrio. Aplicando el método de las ostubo metálico y rodeado por unos alambres cilaciones, conocían la fuerza directiva en imantados A B (fig. 142). La parte superior cada posicion, y encontraron que: de la columna lleva un vasito que contiene La accion de una corriente verUcal indefi0

FÍSICA· llilD.

ll.-59

FÍSICA INDUSTRIAL nida s0bre un polo de iman varía en ra1on inversa de la simple distancia. LEY ELEMENTAL. - FÓRMULA DE LA PLACE. - Aplicando Laplace el cálculo á estas leyes, halló que la accion ejercida por un elemento de corriente sobre un polo magnético, varía en ra 1on inversa del cuadrado de la distancia y proporcionalment e al seno del ángulo que forma , con la di1"eccion de la corriente, la línea que .une su centro con el polo magnético. Esta fuerza se aplica al elemento de corriente, perpendicularmen te al plano determinado por el elemente y el polo, y se dirige conforme á la regla de Ampere (fi.g. 143). La ley elemental se representa con la fórmula:

p.H

-,-sen r

en la. cual f representa la accion elemental, I la intensidad de la corriente, S su longitud, p. la masa magnética del polo, r su distancia y w el ángulo que forma el elemento con la línea NO. RoT ACION ELECTRO-DINAMICA YELECTRO-MAGNÉTICA DE LOS LIQUrDOS. - En los experimentos de electro-dinámica antes descritos, la rótacion se obtiene haciendo obrar una corriente fija s_o bre una corriente lineal móvil. Lo mismo sucede en la rotacion electro-magnética de la fig. 142, por ~o ser necesaria la condicion de un circuito lineal. Hemos visto además (fi.gs. 138 y 139), el movimiento de rotacion transmitido á una masa magnética más ó menos considerable, y desde el descubrimiento de la electro-dinámica, se demuestra que los líquidos, tales como el mercurio y el agua, pueden girar como circuitos metálicos, por la accion de las corrientes. Solenoides.

Solenoides y cilindros eleotro-dinámt'co s.La accion directiva de la tierra sobre las corrientes, comparable á su accion sobre los imanes, revela cierta analogia entré estos y aquellos. Esta semejanza es aun más acentuada comparando los fenómenos electromagnéticos y los fenómenos electro-dinámicos, pues los ünanes experimentan, por efecto de., las ·corrientes, los mismos efectos de des-

plazamiento, de orientacion y de rotacion, como si fuesen ellos mismos las corrientes y recíprocamente. La semejanza de ambas órdenes de fenómenos es casi idéntica en el aparato de Ampere llamado solenoide. El solenoide propiamente dicho, tal como lo define Ampere, no es precisamente un aparato, sino una concepc10n matemática. Ampere, en efecto, llama solenoide á un conjunto de corrientes cerradas, infinltamente peque1'ias, perpendiculares todas á una misma línea 'que pasa por sus centros de gravedad, y dirigidas todas en un mismo sentido. . El solenoide más sencillo consistiria, por ejemplo, en una serie de corrientes circulares infinitamente pequeñas, perpendiculares todas á una misma recta que pasase por sus centros. El aparato que responda á esta definicion no es ciertamente más realizable, ni susceptible de someterse al experimento que el péndulo simple; sin embargo, ~e construye, con el nombre impropio de solenoide ó con el nombre más apropiado de cilindro electro-dinámico, un aparato que es al solenoide de Ampere lo que el péndulo compuesto es al péndulo ... simp¡e. Consiste en un sistema. de corrientes helizoidales, iguales y paralelas, formadas por un mismo hilo de cobre cubierto de seda y enrollado sobre sí mismo en forma de hélice (fi.g. 144); este hilo sigue recto segun el eje, ya al interior ya al exterior de la hélice, de suerte que la corriente rectilínea B C, sea exactamente igual á la suma de las proyecciones de las corrientes sinuosas sobre el eje. Apoyándose en la ley de las corrientes sinuosas, se demuestra fácilmente que este sis. tema de corrientes helizoidales es equivalente á un sistema de corrientes circulares, aumentado de una corriente rectilínea de igual sentido. Las primeras son círculos de igual radio que el cilindro director de las espirales, y en número igual al de éstas; la corriente rectilínea tiene una longitud igual á la suma de los pasos de estas espirales, es decir, á la longitud del cilindro director. Destruida esta corriente rectilínea por la parte B C que retorna en sentido contrario, queda solo el sistema de corrientes circulares. Por otra parte, se demuestra que un sistema

ELECTROMAGNETISMO

de corrientes circulares de radio-finito, es equi- gica, y cesa su movimiento en cierta posicion valente á un haz de corrientes circulares inde equilibrio; entonces su direccion es tal, finitamente pequeñas, paralelas todas y todas que su eje es paralelo á la aguja de declina- de igual sentido, dispuestas como indica la· cion. Además,·en la parte inferior de las espifig. r 47. Por consiguiente, un cilindro electro- rales la corriente se dirige de E. á OE. dinámico es equivalente á un haz de solenoiAsí pues, el solenoide acciona bajo la indes, al igual que un péndulo compuesto es fluencia del magnetismo terrestre, como una equivalente á un haz ó grupo de péndulos aguja imantada, por lo tanto, al igual que en simples. Las leyes experimentales que se ob- los imanes, se podrá llamar polo austral-al tengan con los primeros se . aplican igual- extremo que se dirige hácia el norte, y pol~ mente á los solenoides Y. comprueban su tea- boreal al que se dirige hácia el sud. t ria matemática. ACCIONES MUTUAS DE LOS IMANES Y DE LOS AccION DE LAS CORRIENTES SOBRE LOS SOLE- soLENOIDEs.-Entre los solenoides y los imaNOIDEs.-Las leyes experimentales relativas . nes se observan los mismos fenómenos de á la accion de las corrientes rectilíneas fijas atraccion y de repulsion que entre los imanes. Si á un solenoide móvil recorrido por una sobre las corrientes finitas, rectangulares ó circulares, se aplican evidentemente á cada corriente se le presenta uno de los polos de una de las espirales de un cilindro electro- un grueso barrote imantado, hahá repulsion dinámico. De ·esto resulta que una corrt'ente . ó atraccion, segun· sean los polos del iman y rectilínea ti'ende á dirigir estos ct'rcut'tos para- del solenoide que se miran, de igual nombre ó de nombre contrario. Recíprocamente, el lelamente á sí misma. Esto se comprueba por medio de un sole- mismo fenómeno tiene lugar si se presenta á noide construido de· modo que sea fáciÍ sus- una aguja imantada móvil un solenoide copena.erle en el aparato de la fig. 145. Así, el gido con la mano, -por el cual pase una corsolenoide es muy móvil alrededor de un eje riente. ACCIONES MUTUAS DE LOS SOLENOIDES.vertical, y si se coloca debajo, paralelamente á su eje, un hilo rectilíneo P Q, atravesado Cuando dos solenoides, recorridos por una por una corriente que pase al mismo tiempo corriente suficientement_e intensa, accionan por los hilos del solenoide, se pone á girar uno sobre otro, cogido uno con la mano y éste cru1ándose con la corrt'ente. En esta po- móvil el otro sobr~ un eje vertical (fig. r46), sicion de equilibrio sus espirales serán para- en los extremos de estos dos solenoides se lelas á la corriente fija, y además, en la parte observan fenómenos de atraccion y de repulinferior de cada una de ellas, la corriente será sion idénticos á los que presentan entre sí los polos de los imanes. Estos fenómenos pueden de igual sentido que en el hilo rectilíneo. segun la . direccion relativa de las preverse horizontalmente pasar hacer de vez Si en una corriente rectilínea por debajo del sole- corrientes en los extremos que se miran. TEORIA DE AMPERE SOBRE EL MAGNETISMO.noide, se la hace pasar vertical y lateralmente á él, se observa ya una atraccion, ya una re- El conjunto de estos experimentos demuestra . pulsion, segun sean las dos corrientes, en el qüe los cilindros electro-dinámicos, y, por hilo vertical y en la parte del solenoide más consiguiente, los solenoides, accionan exaccercana, de igual sentido ó de sentido contamente como imanes, y parece como si estuviesen constituidos de la misma manera. trario. ACCION DIRECTIVA DE LA TIERRA SOBRE LOS Demostró, además, Ampere por el .cálculo, soLENOIDEs.-La tt'erra obra sobre los solenoi- que no tan solo el sentido de las acéiones es des como sobre las corrt'entes cerradas ó sobre el mismo, si que tam.bien sus valores numéricos son idénticos y están representados por los imanes. En efec~o, si se coloca el solenoide en el la misma fórmula elemental. Fundándose en aparato de la fig. ro9, y se le dirige primero esto, imaginó Ampere una teoría del magnefuera del meridiano n;iagnéticp, se observa tismo en la que incluyó todos los fenómenos que el aparato se pone en movimiento en el magnéticos en la electro-dinámica. En vez de atribuir los fenómenos magnéinstante de pasar una corriente bastante enér-

FÍSICA INDUSTRIAL centicos á la existenc ia de dos flúidos especiales, element ales son rectilíneos en la parte cerca los atribuyó Ampere á corrient es circular es, tral del barrote, mientrG.s que siendo preexist entes alrededo r de cada partícul a de de la superficie repelido s por los del centro, presenlas substanc ias magnéticas. Cuando estas en particul ar en s1.1.s p"olos, se curvan barrote.. del eje el substanc ias no estan imantad as, sus corrien- tando su convexi dad hácia media tes particul ares se entrelaz an en todas direc- Sus polos se aproxim an así á la seccion polos los en mismo lo do sucedien iman, del ciones y la resultan te de sus acciones electrode puntos los que más son dinámic as es nula;' pero bajo la influenc ia de . del iman, que no apliun iman ó de una corrient e poderos a, estas aplicacion de la resultan te de las fuerzas es ele·corrientes se orientan y tom~n cierta posicion cadas á todos los polos de los solenoid de equilibrio, conf"orme á las leyes de la elec- mentale s. DIRECCION DE LAS CORRIENTES DE AMPÉRE EN tro-diná mica; entonce s no tan solo se orienen que tan en el mismo sentido y en planos para- LOS IMANEs.-Para conocer el sentido es de corrient las imanes los lelos, si que tambien sus centros se colocan se dirigen en móvil e .e n séries lineales paralelas al eje del barrote Ampere , conside remos un solenoid Cuando que se imanta, de suerte que este se c.o nvierte recorrid o por una corrient e (fig. 145). co, magnéti no meridia el en io equilibr en un verdade ro har_ de solenoides, cuyo con- está en la Segun norte. su polo-aus tral A se dirige al junto obra como un solenoid e único. en las La fig. 147 represen ta, por séries de círcu- accion directiv a · que la tierra ejerce de inferior parte la en , cerradas es los interiore s, las .c orrirnte s particul ares orien- corrient á este de dirige se e tadas en los dos extremo s de un iman de her- cada espiral la corrient aá radura. Se ve claráme nte que, en las partes oeste, ó, lo que es lo mismo, de izquierd que, sicontigua s, las corrient es tienen direcciones derecha con relacion al observa dor solenoidel eje del acion opuesta s y se neutrali zan; pero no sucede lo tuado en la prolong el polo mismo en la superficie, en la cual las corrien- de, mire el polo austral. Si se mira corrient e tes molecul ares, en a, en b, en c, no están boreal, sucede todo lo contrari o: la se dirige espiral, cada de neutralizadas por otras corrient es, y por estar de la parte inferior los puntos a, b, c. infinitam ente próximo s entonce s de derecha á izquierd a. Por consigu iente si el observador se coloca unos á otros, resulta una série de element os de un iman, dinámic os de igual sentido, que se suman enfrente del polo sud ó boreal que ·se diriparece para produci r una corrient e circular única en las corrient es de Ampere las agujas la superficie del barrote. Igual efecto ?e pro- gen en sentido del movimie nto de se coloca si io contrar sentido en y reloj, un duce en cada seccion del barrote perpend i- de cular al eje, y se resuelve todo como si el en frente del polo austral. CORRIENTE TERRESTRE.-El magnett'smo terbarrote fuese un solenoide complet o. exDIFERENCIA ENTRE LOS SOLENOIDES Y LOS IMA- restre, como el de los imanes, se puede Ampere es. corrient las NES. -Entre los solenoid es y los imanes existe plicar tambien por eléctricas una diferencia, consiste nte en que, en los supone la _existenc ia . de corrient es globo, de primero s los polos están en los extremo s, que circulan alreded or de nuestro cada luen ente, icularm perpend mientra s que en los imanes están, como heeste á oeste, o estas -Sumand mos visto, á cierta distancia de los'extre mos, gar, al meridia no magnéti co. á una cordistanci a que aumenta con el diámetr o del corrient es sus efectos, equivale n de este á dirija se que única te resultan riente barrote. co. En magnéti Esta diferenc ia no es ciertam ente una ano- oeste y recorra el ecuador es ter..: . malía, y si solo una consecu encia de la teoría cuanto á su orígen, podrán ser corrient nes de de Ampere . En efecto, calculan do la posicion me-eléc tricas debidas á las variacio sucesiva accion la de tes de los polos de un soleirnide único, se en- tempera tura resultan superfi-cuentra que deben estar situados riguros a- del sol sobre los varios puntos de la diurno. mente á cada extremo . Es así que un barrote cie del globo, á caus.a del movimi ento las dirigen que es corrient las Estas son imantad o no es un solenoid e único, sino un y es, haz de solenoid es paralelo s. Estos solenoid es· agujas de las brújulas y de los solenoid

469

ELECTROMAGNETISMO

que obran sobre las corrientes horizontales y verticales, como hemos visto antes. · La hipótesis de la corriente terrestre está completamente conforme con las leyes experimentales de la accion de la tierra sobre las corrientes.

sea fácil representar la fuerza en fcincion de la masa mecánica y de la aceleracion, que es una longitud, será fácil, en definitiva, evaluar los grandores eléctricos en unidades absolutas de tiempo, de espacio y de masa. Si para ligar los grandores eléctricos con Aplicacion dél electro-magnetismo. las unidades absolutas elegimos la ley de CouSistema de las unidades eléctricas absolutas C. G. S. lomb, podremos con,stituir ef sistema de uniDEFINICIONEs.-Gauss fué el primero que dades eléctricas absolutas llamado sistema tuvo la idea de substituir las unidades arbi- electrostático. Si se elije la ley de las acciones trar'ias, en la medicion de los grandores eléc- electro-dinámicas representada por la fórmula tricos y magnéticos, por un sistema de uni- de Ampere, se co;;,stituirá el sistema electrodades absolutas, esto es, que solo dependiesen dinámico. Por último, si elegimos la ley de de un · pequeño número de unidades funda- las acciones electro-magnéticas representada mentales . . Estas unidades fundamentales lla- por la fórmula de Laplace, -se constituirá el madas unidades absolutas, pueden reducirse · sistema electro-magnético de las unidades eléctricas absolutas. á tres: una unidad de tiempo.· . . . una unidad de longitud. una unidad de masa mecánica.

el segundo.

eJ centimetro. la 'masa qel gramo.

Estas son las unidades llamadas C. G. S. Existen cuatro grandores eléctricos: la cantidad de electricidad. . la intensidad de la corriente. la fuerza electro-motriz de las pilas la resistencia de los conductores . .

Q I E R. ' Entre esta,.s cantidades existen tres ecuaciones que son la expresion de tres leyes físicas.

(2)

=It E I= R

(3)

e;- ó

(r)

Este sistema de unidades está definido por la fórmula de Laplace, la cual liga los grandores eléctricos y magnéticos con los grandores mecánicos. 1.º únidad de magnetismo.- Es la cantidad de . magnitismo ·e jercida por una fuerza igual á un dyne, sobre una cantidad igual, situada á un centímetro: Sea1Q esta unidad. Representando por F y por L las unidades absolutas de fuerza y de longitud; segun la ley de Coulomb, se tiene:

(definicion de I). -

Unidades derivadas C. G. S. eléctricas y magnéticas.

F=u

(ley de Ohm).

= I' R t

(ley de Joule).

En estas ecuaciones t representa el tiempo y e;- ó C representa ya el trabajo, ya el calórico equivalente. Desde luego, podrán representarse tres de estos grandores en funcion del cuarto; bastará, para ello, tener una relacion ~ntre uno de ellos y la unidad absoluta para poder evaluar todos los grandores eléctricos en unidades absolutas. El conjunto de estas mediciones constituirá un sistema de unidades eléctricas absolutas. No existe relacion directa entre uno de los grandores eléctricos y los grandores tomados como unidades absolutas, es decir, el tiempo, el espacio y la masa mecánica; pero sí existen numerosas relaciones entre los grandores eléctrico.s y los grandores mecá1).,icg;s~ C!:np.o

de donde se deduce.

Q=LVF Sustituyendo F por su dimension, resulta:

Tal es la 'dimension de la unidad de magnetismo : 2. º Unidad_de campo magnético. - Es el campo magnético en el cual la unidad de magnetismo experimenta una atraccion ó una repulsion igual á un dyne. . / Sea H esta unidad. Segun la ley q.e Coulomb se tiene F H Q, de donde se deduce: F H= Q

FÍSICA INDUSTRIAL 470 t .1.. . Sustituyendo F y Q por sus dimensiones, . . M L • se tiene la dimension del campo magnético, D1mens1on = E = I R = T' que es: 8.º únt'dad de capacidad. - Es la de un M' condensador cuyas armaduras esten cargadas H=-de la unidad de electricidad para una .d iferenL • cia de potencial igual á la unidad. 3. Unidad de momento magnético. - Es . . C A T• D 1mens10n= = E = L el momento de un iman de longitud igual á un centímetrb, y cuyos polos contienen_cada UNIDADES ELECTROMAGNÉTIC{,S SECUNDARIAS. uno la unidad de magnetismo. ~Como algunas de las unidades absolutas Sea J esta hnidad. Por definicion se tiene: J = Q L. Sustituyendo Q y L por sus dimen- de que -acabamos de tratar no serian de fácil empleo en la práctica, por resultar ó muy siones, se tiene la dimension de J, que es: grandes ó muy pequeñas con relacion á los .i_ · grandores eléctricos que ordinariamente deM L • . ben medirse, se las sustituye en la práctica J= T por unidade_s secundarias, que ·sean múltipfos 4.º Unidad de corriente.- Es una cor- ó submúltipJos de aquellas. Estas unidades prácticas ya las hemos deriente de intensidad tal, que una longitud de finido anteriormente á medida que hemos teun centímetro de esta corriente que describa un círculo de radio igual á un · centímetro, nido que aplicarlas: de suerte que, bastará ejerza en el centro de este círculo sobre la ahora reasumir sus definiciones. Unidad secundaria de intenst'dad de 1. º unidad de magnetismo, una fuerza igual a 1 un dyne. corrt'ente.-Es igual á - - de unidad absolu10 Si I es la dimension, tendremos: ta, y se la llama amperes .!. Un elemento Daniell, de tamaño medio, F M • L • montado con sulfato de zinc, da una corriente l= HL = T de 1'3 amperes, cuando sus polos están unidos 5. Unt'dad de electrt'cidad.- Es la canti- por una resistencia exterior despreciable. Un galvanómetro de una sola aguja, de dad de electridd~d que atraviesa en un segundo la seccion de un conductor movido mediana sensibilidad, puede graduarse en miliamperes. por la unidad de corriente. Unidad secundaria de cantidad de 2.º 2

Dimension = A = I T

== M

• L•

electricidad.-Es igual á -

1 -

de unidad abso-

luta, y se la llama coulomb. Segun Mascart, la unidad absoluta de elec6.º Unt'dad de rest'stencia. - Es la de un tricidad es capaz de descomponer 0'9,373 mic.o nductor en el cual la unidad de corriente consume (en forma de calórico) un erg. en un ·lígramos de agua en un segundo. 3. º Unidad secundaria de rest'stencia. -Es segundo. _igual 10 9 unidades absolutas, y se la llama

. . R W D 1mens10n = = l' T

= TL

Observaremos que esta dimenst'on es igual á la de la velocidad.

7. º Unidad de fuen,_a electro-motrir, ó de 1 diferencia de potencial.-Es la que comunica la unidad de energía á la unidad de electricidad.

ohm. Ya hemos visto que esta UI}.idad secundaria se ha podido obtener matedalmente, es decir, que se ha podido construir un ohm como se construye un metro. El Congreso de electricistas resolvió que el . tipo de resistencia se establezca en columna de mercurio á o°, de seccion igual á 1 milí-

ELECTROMAGNETISMO 1

metro cuadrado, y los e~perimentos demostraron que la longitud de esta column¡i. de mercurio es exactamente igual á rn6 centímetros. El ohm-tipo que antes sé babia determinado por la Asociacion Británica era escaso, y se diferenciaba de 0'010 aproximadamente del ohm teórico. La unidad de resistencia Siemens (que no es más que la ant~ua unidad de Pouillet), vale unos 0'943 del ohm teótico. Se necesitan de 48 á 50 metros de hilo de cobre del comercio para formar un ohm . . La antigua unidad de resistencia de los telégrafos franceses, que era 1 kilómetro de alambre de hierro ·de 4 milímetros de diámetro, vale unos 10 ohms. Un elemento Bunsen, de dimension me, día, tiene una resistencia de unos o' 15 ohms, y un elemento Daniell, tambien de dimension media, una resistencia de 0'85 ohms. · 4. Unidad secundarla de fuerr_a electromotrlr_ ó de diferencia de potencial.-Es igual á roª unidades absolutas, y se la llama volt. Un elemento Volta ordinario, formado de zinc, cobre y sulfato de zinc, tiene una fuerza electro-motriz sensiblemente igual á 1_ volt. Un elemento Daniell formado de cobre, 0

471 sulfato de cobre, sulfato de zinc y zinc amalgamado, tiene una fuerza electro-motriz que varia entre 1'09 y 1'14 volts. La fuerza electro-motriz del elemento Latimer Clark, el más constante de los elementos voltáicos, tiene 1'457 volts. 5. º Unldad secundarla de capacidad eléc-

trt'ca. -Es igual á -

-9

de unidad absoluta, y

se le llama farad. Segun la fórmula fundamental de los condensadores, Q= C V, se ve que un condensador de un farad se carga de un coulomb en cada una de sus armaduras para una diferencia de potencial de un volt. La unidad- absoluta de capacidad electromagnética es 'enorme. El farad en sí es una unidad excesivamente grande en la práctica. Para las mediciones de ·capacidad .,eléctrica se constrúyen condensadores-tipos que dan el micro-farad y los submúltiplos del micro-farad. Una batería eléctrica de diez jarras, cuyo desarrollo en superficie sea de un metro cuadrado, y tenga el vidrio un espesor de un mi1

límetro, tendrá una capacidad de - - de mi. 55 crofarad.

CAPITULO VII Efectos físicos de las corrientes.-Imanta cion por las corrientes. -Electro-imanes.

MANTACION POR LAS CORRlENTES.-

Atendida la influencia que las ¡ corrientes ejercen en los imanes, . w es natural suponer que obraran .tambien en las substancias magnéticas imantándolas y orientando las corrientes de Ampere. Descubrió, eq efecto, Arago, que, introduciendo un alambre de hierro recorrido por una corriente en limaduras de hierro, éstas se adhieren con fuerza y cáen al instante en que cesa la corriente, al paso que es nula la accion empleando limaduras de cualquier otro metal no magnético. La accion de las corrientes sobre las substancias magnéticas es más sensible aun em-· pleando el procedimiento de Ampere, que consiste en enrollar, en forma de hélice, un hilo de cobre cubierto de seda alrededor de un tubo de vidrio y colocar dentro de éste un barrote de acero sin imantar. Basta que pase una corriente por el hilo para que al instante se imante con fuerza el barrote . . Si en vez de una corriente de pila se hace pasar por el hilo la descarga de una botella de Leyden, tambien se imanta el barrote, como tam bien se le podrá imantar por la electricidad voltáica y por la electricidad· de las máquinas.

~,11)t,

PROCE~IMIENTO DE IMANTACION.-I.° Caso del acero.-En general, se coloca el barrote de acero en el eje de un tubo de vidrio y sobre éste se enrolla el hilb conductor de la corriente. El enrollado del hilo puede hacerse de izquierda á derecha por encima, para obtener una hélice dextrorsum (á la derecha) (figura 148).; si va de izquierda á derecha por debajo se tiene una hélice sint"strorsum (á la ir_quierda) (fig. 149). En la primera, el polo boreal del barrote se encuentra siempre al extremo por donde entra la corriente; lo contrario tiene lugar en la hélice sinistrorsum. La naturaleza del tubo sobre el cual se enrolla la hélice ejen:e cierta influencia: así, la I!)adera y el vidrio no producen ningun efecto; no así un cilindro de cobré grueso, el cual puede destruir completamente .el efecto de la corriente. Lo mismo acontece con el hierro, la plata y el estaño. Ya veremos más adelante que esto se debe á las corrientes llamadas. de inducdon, que se desarrollan en el metal sobre que se arrolla la hélice. Por lo demás, para imantar un barrote de acero por medio de una corriente, no es indispensable colocarle en un tubo, como representan las figs. 148 y 149. Basta rodearle en toda su longitud de un alambre de cobre cubierto de se.da, con el fin de aislar las va-

EFECTOS FÍSICOS

Dlj

rias espirales, y hacer pasar luego la corriente por él. De este modo un barrote de -acero adquiere bajo la influencia de una corriente poderosa, un~ intensidad magnética muy gr~nde, que -persiste aun despues del paso de la corriente, descreciendo lentamente hasta que el barrote llega á un estado de saturacion estable. 2." Caso del hierro dulce.-Si en las hélices de que tratamos se coloca un barrote·de hierro dulce, en el.instante de pasar una cor- ' riente por el hjlo, ·el barrote se imanta con fuerza y permanece imantado mientras pasa la corriente; mas, por ser nula la fuerza coercitiva del hierro dulce, así que se interrumpe la corriente, desaparece la imantacion por completo. Si el hierro no es perfectamente puro, conservará seriales más ó menos sensibles de imantacion. ELECTRO-IMANES. - Se da este nombre á unos barrotes de hierro dulce sobre los cuales se ~rrolla un gran número de veces, formando hélices sobrepuestas, tin hilo de cobre cubierto de seda. Estas hélices-sobrepuestas son alternativamente dextrorum y sumistrorum; mas, como la_ corriente se propaga por ellas eii sentidos contrarios de dos en dos, se suman sus efectos para desarrollar respectivamente un polo austral en un extremo de la bobina magnética, y .un polo boreal en el otro. Si Jos electro-imanes son rectilíneos, se enrolla el hilo, ya en toda la longitud de los barrotes, ya en los extremos solamente, en dos bobinas distintas, de suerte que el hilo vaya de una á otra -arrollándose en '·el mismo sentido. Si los barrotes tienen la forma de herradura (fig. 150), se enrolla el hilo en los dos brazos solamente, en dos bobinas A y B, y se pasa de un brazo á otro como representa la figura, de modo que cada bobina sea la continuacion de la otra y posean así los extremos dos polos de nombres contrarios. Se construyen tambien electro-imanes de tres piezas: dos bobinas, una dextrorsum y otra sinistrorsum, se arrollan cada una alrededor de un alma de hierro dulce, y una armadura del mismo metal une las dos almas por medio de gr.,uesos tornillos. · Estos electro-imanes son más fáciles de construir que los de una sola pieza y son igualmente poderosos • FÍSICA, lND.

LAS CORRIENTES

·-

473 MAGNETISMO REMANENTE.-Se llama magnetismo remanente la débil imantacion que conserva comunmente el hierro de Jos electroimanes despues de interrumpida la corriente. Este fenómeno se observa ordinariamente en el hierro que no es perfectamente puro, puesto que entonces está dotado el metal de cierta fuerza coercitiva que retiene la imantacion despues del paso de la corriente. El magnetismo remanente se manifiesta tambien en un hierro perfectamente puro, cuando el electro-iman está en contacto con su armadura. En este caso, encontrándose imantada la armadura por influencia, en el instante de romperse la corriente, sus dos polos reaccionan sobre el hierro del electro-iman para conservar en ellos dos polos de nombre contrario; de ahí resulta un.a imántacion. que persiste mientras dure el contacto, y cesa al cesar éste. En los aparatos en los cuales los electroimanes obran por intermitencia sobre su armadura, el magnetismo remanente impide que se desprenda ·ésta, resultando de ell() un funcionamiento irregular, que se evita interponiendo una ténue hoja de papel ó de otra substancia inerte entre los electro-imanes y sus armaduras. Se forman á menudo electro-imanes con dos carretes cilíndricos un.idos por un.a placa de hierro retenida con tornillos ( r 51). Se produce una induccion en el hierro de esta placa, que acciona como una armadura, y retiene por consiguiente, magnetismo remanente así que se suprime la corriente. Hequet evita este inconveniente separando el hierro de los cilindros á que está fijo c,on tornillos de cobre, interponiendo una~ rodelas de cobre. Un haz de alambres de hierro dulce pierde más rápidamente su imantacion que un barrote macizo.Una envolvente de un metal no magnético, · al cual se enrolle la hélice magnetizante, retarda, por lo contrario, el retorno al estado neutro; este es el motivo porque se emplean envolventes de carton, madera, tejidos, etc_. Movimientos producidos por intermitenct'as de las corrientes alrededor del hierro. - Varios son los aparatos que se han imaginado para demostrar la prodigiosa rapidez con que se desarrolla, desaparece ó cambia de senT. u. - 60

474

FÍSICA INDUSTRIAL

tido el magnetismo. en el hierro dulce, de los cuales describiremos los más importantes. Aparato electro- musical. - Este aparato (fig. 151) imaginado por Froment, se llama tambien sirena electro-magnética. O es un electro-iman fijo á un soporte metálico/; una armadura de hierro dulce a c, está apoyada en el brazo inferior, en el cual se introducen dos puntas que forman visagra. El muelle c, cuya fuerza está graduada por el tornillo v, separa la armadura ·del electro-iman, apoyándola á un segundo muelle r, graduado por el tornillo v'. La corriente llega por el hilo b, recorre el hilo del electro-iman, sigue por el soporte f, la espiga t, la pieza metálica o y el muelle c, pasa luego por la armadura ca, por el muelle r y vuelve á la pila por el soporte n, que está separado de la pieza o y comunica co~el hilo b'. Así que está establecida la corriente, atraída la armadura por el electro.-iman, se separa del muelle r y queJa interrumpida la corriente. Obedeciendo entonces la armadura á la accion del muelle c, se apoya en el muelle r, se restablece así la corriente, es atraído de nuevo, se rompe el circuito y así siguiendo. Son tan rápidos estos movimientos, que prbducen un sonido musical cuyo tono varia moviendo más ó menos·los muelles por medio de los tornillos v y v'. Por este medio, se puede conocer si una corriente pasa por un circuito, y por el sonido conocer si varia la intensidad. Para que el aparato funcione es indispensable que el hierro sea muy puro, obtenido, por ejemplo, por electrolisis del sulfato de hierro neutro. Electro-diapason.-Las vibraciones de un diapason pueden continuarse por medio de un electro-iman y graduar las inte?mitencias de la corriente en la hélice, para armonizarlos con las vibraciones naturales al diapason. Mercadier produce á cada vibracion estas in.termitencias, armando uno de los dos brazos con una aguja perpendicular á. su plano. Al llegar esta aguja á uno de los lío1ites de cada trayecto, toca un pequeño plato de cobre comprendido en el circuito, que forma la cabeza de un torniHo que sirve para graduar la posicion. A cada contacto, se cierra el circuito, y el electro-iman obra sobre el acero del diapason. -La fig. 152 representa el electro-diapason

de Duboscq, en el cual el e~ectro-iman está situado entre los dos brazos. La corriente pasa por el soporte D, que lleva el tornillo cuya punta, fija al brazo del frente, toca á cada vibracion. Torniquete de Clarke.-Este aparato demuestra la rapidez con que la imantacion cambia el , sentido. Entre los brazos de un electro-iman ó de un iman A C B (fig. 153) está fija una espiga C, en cuyo extremo gira sobre l!n eje vertical, un pequeño electróiman horizontal a b. Los· extremos del hilo de este último flotan en la superficie del mercurio contenido en un vaso cilíndrico n, dividido por una división transversal de madera. El nivel del mercurio es, por efecto capilar, más alto que la divisoria, de modo que los · extremos del hilo tocan el mercurio pasando por encima de aquella sin tocarla, durante el movimiento de rotacion. Cadacom partimiento comunica con uno de los polos de la pila. Si la corriente pasa en el sentido indicado, el polo austral del electro-iman á b está en á, y está repelido por el polo homónimo A. Existe igualmente repulsion entre by B, y a b gira en sentido de la flecha b a; cuando a se encuentra frente de B, es atraida por ésta, los alambres que pasan por encima de la divisoria cambiarán de compartimiento. el sentido de la corriente y, por consiguiente, los polos se inv~rtirán en a b, existiendo nuevamente polos contrarios, uno en frente de otro. Este movimiento continuará así indefinidamente, con una gran velocidad, lo cual .demuestra la rapidez con que se verifica la inversion de los polos en el hierro dulce. Agu;a electro-ma!fnéti"ca de Breton.-Este • peq11eño aparato verifica un movimiento de rotacion sin influencia de 1~ tierra; a b (figura I 54) es un· electro.,.iman muy ligero susceptible de girar sobre un eje que pasa por su centro de gravedad, y que se dirige perpendicularmente al meridiano magnético. Los extremos de la hélice magnetizante estan~oldados á dos semi-anillos metáli4os, vistos á parte en o y o', separados por marfil y tocados por dos muelles muy flojos r, r', que comunican con los polos de la pila. El electroiman se coloca primero paralelamente á la aguja de inclinacion, el polo norte hácia . abajo, y al llegar á e..<;ta posicion, los semi-

EFECTOS FÍSICOS DE LAS CORRIENTES

475 Por último, tanto el cálculo como el experimento demuestran que: para obtener el máximo efecto de un electro-únan, la resistencia de la bobina debe igualará la suma total de las resistencias exteriores . Será muy importante, pues, combinar la longitud. y el diámetro del hilo de modo que quede satisfecha esta condicion. Si el circuito exterior presenta gran resistencia, como sucede en las líneas telegráficas, será útil emplear un hilo fino muy largo; se hará inversamente si la resistencia exterior es débil.

anillos pasan de un muelle á otro, se invierte la corriente en la hélice y el polo norte pasa arriba. Luego, el electro-iman se invierte y la velocidad adquirida hace que el movimiento continúe en el sentido en que había principiado. POTENCIA'. DE LOS ELECTRO,-IMANES. - Lapotencia de un electro-iman depende: 1. º de la intensidad de la corriente; 2. º del número de vueltas del hilo; 3. del diámetro del cilindro de hierro al cual se arrollan las bobinas. -Lenz y Jacobi sentaron con relacion á los electro-imanes las leyes siguientes, pero _d eSUBSTANCIAS DIAMAGNÉTICAS Y SUBSTANCIAS bemos observar que son solo aproximadas y PARAMAGÑÉTICAS. - Hemos dicho·_ antes que, empíricas: verdaderamente los imanes 0bran en todas 1. º - La potencia de un electro-iman es prolas substancias, ·por atraccion sobre las unas porcional á la intensidad de la corriente. y por repulsion sobre las otras. Estos efectos 2.º Es proporcional al número de vueltas se atribuyeron al principio á la presencia de de la héUce magnetir_ante_ cantidades infinitamente pequeñas de hierro 3- º Es proporcional á la ralr_ cuadrada en las substancias sobre las cuales se experidel diámetro del barrote. ,, mentaba, fenómeno claramente definido y La influencia de las dos primeras causas com provado por Faraday, por medio de sus tiene un límite, puesto que si el barrote 'se poderosos electro-imanes . .,. imanta en exceso, se aproxima más y más á Este sabio llamó dia-magnéticos los cuerun estado de saturacion, más allá del cual su pos repelidos y para-magnétt'cos ó simplefuerza magnética permanece constante., á pe- mente magnéticos los cuerpos atraídos; más, sar del aumento de intensidad de la corriente como experimentase con electro-imanes, dió \ y de la multiplicacion de las vueltas de la héli- el nombre de dtreccion por el eje á la que • ce. Además·, arrollándose las espirales de la coincide con la recta que une los dos polos del hélice unas sobre otras, se separan progresiva- electro-iman, y de direccion ecuatorial á la mente del hierro, y por lo tanto su accion que es perpendicular á la misma línea. Obmagnetizante disminuye proporcionalmente_ servó además ·que .el número de substancias En cuanto á la tercera ley, es fácil demos- día-magnéticas es mucho mayor que el de las trar por el cálculo la imposiblidad de aplicar- substancias magnéticas. la cuando la corriente es muy intensa, por auLas substancias día-magnéticas son: el bismentar entonces la potencia del electro-iman muto, el plomo, el antimonio, el . zinc, el cocon más rapidez que la raíz cuadrada del diá- bre, el cristal de roca, el vidrio, la sal de metro del hierro. mar, el yeso, el carbon, el azufre; y en geneTocante á la influencia que puede ej'ercer ral las substancias orgánicas, como ]as resila longitud del barrote, los experimentos que nas, el azúcar, la madera la carne de los anise han hecho no concuerdan entre sí. Sin males. Las substancias magnéticas son: el embargo, puede asegurarse que la longitud hierro, el nickel, el cobalto, el cromo y la no influye en los electro-imanes de herra- mayor parte de los metales. Hoy dia 'puede dura, pero sí en los electro-imanes rectos, admitirse que no existe substancia sobre la cuya potencia aumenta, hasta cierto límite, la cual, en un sentido ú en otro, dejen de con la longitud. ejercer accion los electro-imanes. 0

CAPITULO VIII Medida de la intensidad de las corrientes.-Galvanómetro y brújulas

ÉTODOS É INSTRt;JMENTOS DE ME-

-!Para comparar las corrientes bajo el punto de vista de la intensidad, y para estudiar las variaciones que experimenta la de una corriente en circunstancias par'1 ticulares, es necesario saber medir con precision la intensidad de la corriente en cualquier momeuto. · r.º Método electro-químico. - Ya hemos indicado anteriormente el método de medicion de Davy, fundado en la comparacion de los efectos químicos de las corrientes. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un compuesto binario ó ternario, sabemos que se descomponen sus elementos: los elementos electronegativos se depositan en el electrodo positivo, mientras que el elemento electro-positivo se deposita· en el electrodo negativ~. Si el compuesto electrolizado es el agua (acidulada para que sea conductriz), se descompone en hidrógeno que se desprende por elelectrodo negativo y en oxigeno que lo hace por el electrodo positivo. Si se trata-de una sal metálica, por ejemplo, el sulfato de protóxido de cobre, el ácido y el oxígeno se desprenden por el electrodo positivo, mienti-as que el metal se deposita en el electrodo negativo. En ambos DICION.

casos, la cantidad de electrólito descompuesto por una misma corriente,ó_si se quiere, la cañtidad de uno ú otro de los elementos que se depositan en los electrodos es proporcional á la duracion del experimento, con relacion á un mismo electrólito, y al equivalente químico del electrolito para un mismo intervalo de tiempo, y, en igualdad de circunstancias, es proporcional á la cantidad de electricidad que atraviesa el electrólito. La intensidad de una corriente debe consiconsiderarse, a priori, proporcional á la can..: tidad de electricidad que pasa, durante la unidad de tiempo, por una seccion cualquiera del circuito. La experiencia demuestra que el pesQ de hidrógeno desprendido es proporcional á esta cantidad de electricidad; desde luego se deduce que la intensidad de una corriente es proporcional al peso de hidrógeno que produce, ó al peso de cualquier otro electrólito que precipite en un segundo en la unidad de tiempo. A la medida de la intensidad de la corriente por este método, es á lo que hemos llamado intensidad electro-química. · Aplicaciori del método electro-químico. Supongamos que se haya determinado por _u n método cualquiera el número de coulombs correspondientes á la descomposicion de un equivalente de agua, y, por consiguiente, á la

MEDIDA DE LAS CORRIENTES

produccion de un gramo de hidrógeno. Determinado esto se deduce: que r coulomb produce o'o ro5 milígramos de hidrógeno. Si, pues, lJamamos e el equivalente químico de un cuerpo segun la fórmula de Faraday, sabremos que: r coulomb produce 0'0105Xe=e, de este cuerp.o. Este peso a§í determinado, se llama el equi-valente electro-químico del cuerpo, y es un coeficiente constante para cada substancia, al igual que su equivalente químico. Conocido esto, supongamos que hacemos pasar la corriente desconocida, duran.te t segundos, por un electrólito cuyo equivalente electro-químico e, se conozca. Sea p el peso depuesto. El número de coulombs Q correspondientes al peso p lo dará la fórmula . -

Q- ·P_

- e, -

o'oro5 X e

Además, entre la intensidad i buscada y la cantidad Q se tiene la relacion de definicion

Q=it de donde

0'0105 X eX t

Para estas mediciones podría emplearse el voltámetro: más como los cuerpos que resultan de la e!ectrolisis del agua son gaseosos y difíciles de conservar, es preferible tomar como electólitro la disolucion de una sal metálica, como el sulfato de .c obre, que así el metal depuesto durante cierto tiempo es entonces muy fácil de pesar. Método electro-magnéUco. - Este segundo método de medicion, fundado en la comparacion de los efectos electro-magnéticos de las corrientes, es más exacto y de más cómodo empleo que el anterior. Se aplica por medio de instrumentos especiales llamados galvanómetros y brújulas, que no son más que aplicaciones del experimento de Oerstel. La corriente eléctrica pasa por el instrumento y acciona sobre una aguja imantada que se desvia más ó menos. El sentido de la desviacion depende del de la corriente, y el grandor de la desviacion está en funcion de la densidad. Con relacion á las brújulas, se podrá calcu- ·

477 lar rigurosamente esta funcion por las fórmulas de .Ampere. Así, para la brújula de las tangentes la funcion se reducirá á I = K tanga;, en donde K es una constante característica del instrumento. Para la brújula de los senos se tiene I = K' son a;, en cuya fó_rmula K' es otra constante igualmente característica del instrumento. Para los galvanómetros, esta funciones muy complicada, y hay necesidad de determinarla empíricamente; así, por medio de una fórmula empírica, ó de una tabla de graduacion, es como se deduce la "intensidad I de la desviacion observada e<. GALVANÓMETRO ORDINARIO. - pefinicion. El galvanómetro, conocido tambien con los nombres de ·multiplicador y de reómetro, fué construido por Schweigger, poco tiempo despues del descubrimiento de CErsted. Este instrumento es una ap~icacion directa de la accion de las corrientes sobre los imanes. Por la desviacion que imprime á la ·aguja, acusa la presencia de las corrientes; por el sentido de la desviacion da á conocer su direccion, y por el ángulo de desviacion mide su intensidad. Construcct'on del aparato.-La accion directiva de la tierra, que tiende á mantener Ía aguja imantada en el meridiano magnético, es una fuerza antagonista que disminuye la desviacion producida en la aguja por la corriente, y que podrá anular si ésta no es suficientemente intensa. Por esta causa conviene aumentar la accion de las corrientes y disminuir la de la tierra, lo cual se obtiene con los procedimientos siguientes. Multiplicador de Schwei'gger.-En este aparato, el hilo conductor de la corriente está enrollado varias veces para que forme uncircuito múltiple rectangular vertical en cuyo centro está suspendida la aguja por un hilo de seda de capullo (fi.g. 155). Aplicando la regla de Ampere, se observa fácilmente que, al recorrer la corriente el circuito m n o p q, las cuatro partes m n o, o p, p q, de que consta, obran en un mis,mo sentido para hacer desviar el polo a detrás del plano m no p, y el polo b hacia el frente. Arrollando el hilo en el plano vertical de la aguja, se habrá multiplicado la accion de la corriente; de ahí el nombre de cuadro multiplicador ó de multiplicador simplemente que se da á este apa-

FÍSICA INDUSTRIAL

rato. Esta multiplicacion aumenta á la par que el número de circuitos, á lo menos hasta derto límite, puesto que ya sabernos que la intensidad de una corriente se debilita cuando se aumenta la longitud y, por consiguiente, la resistencia del circuito que recorre. Observacion.-El hilo de cobre así arrollado debe estar cubierto de seda, de lo contrario la electricidad pasaria de una espiral á la siguiente y el conjunto de las espirales obraría como un circuito único de diámetro igual á la suma de los diámetros de los hilos yuxtapuestos. Tyndall qbserva que la seda blanca es preferible á la seda verde que generalmente se emplea, por contener muchas veces la materia colorante de ésta cierta cantidad de hierro, suficiente para imprimir una desviacion de varios grados á la aguja . Aguja astática de_ Nobili. - Nobili hacia obrar el circuito, no ya sobre una aguja, sino sobre un sistema astático de dos agujas (figura 156), interior la una y exterior la otra al hilo, y ligadas entre sí de tal modo, que no pudiesen girar la una sin la otra. La aguja interior a b está influida, como en el caso anterior, por el circuito m n o p q; pero las varias partes de ésta ya no accionan igualmente en la aguja a' b'. En efecto, segun la regla de Ampere, la parte n o tiende á llevar al polo a' hácia delante, mientras que las tres porciones m n, o p, p q tienden á irnpelerle hácia atrás. Mas como la accion n o es la que predomina, á causa de la menor distancia, la ac. cion resultante del circuito completo imprime entonces á a' b' una desviacion en el mismo sentido que a b, lo cual aumenta el efecto de la corriente. La principal ventaja del sistema astático consiste en disminuir en mucho, hasta acumularla á veces, la accion directiva de la tierra. En efecto, si las dos agujas tuviesen rigurosamente la misma fuerza, igual longitud, y sus ejes magnéticos paralelos, las acciones contrarias de la tierra sobre los polos a y b', así como tambien sobre los polos by a', serian idénticos dos á dos y se neutralizarían completamente: el sistema rigurosamente astático, no encontrada más resistencia que la torsion del hilo de suspension y se desviaría de 90 grados bajo la influencia de la más insignificante corriente. En la práctica es muy

importante que la fuerza de una de las agujas venza la de la otra, para que disminuya la accion de la tierra. Esta accion antagonista, que aumenta con la desviacion, acaba por anular la accion de la corriente 'y producir el equilibrio de la agüja en un azimut x distinto de 90 grados. Como esta d'ife.rencia de las agujas puede hacerse tan pequeña como se quiera, no perjudica de ningun modo la sensibilidad del instrumento, pudiéndose obtener una desviacion apreciable, aun en corrientes extraordinariamen te pequeñas. Descrtpcion detallada del galvanómetro ordinario. -La fig. 157 representa un galvanómetro ordinario de dos agujas, construido por Ruhrnkorff. Está contenido en una caja de vidrio que le preserva de las agitaciones del aire ambiente, y de la oxidacion. El pié del instrumento es un disco gru~so D, de laton, que se nivela ·por tres tornillos; encima descansa un plato giratorio P, de cobre tambien, sobre el cual está fijo un círculo de cobre rojo, de longitud casi igual á la de l~s agujas . Sobre este círculo se enrolla un gran número de · veces un hilo de cobre rojo m, cubierto de seda. Sus dos extremos alcanzan los dos bornes i é o, destinados á recibir los reóforos de la corriente que se estudie. El círculo C, soportado por el anterior, es de cobre rojo igualmente, está graduado y hendido en sentido de un diámetro paralelo á la direccion del hilo arrollado debajo. El cero de la graduacion corresponde á la hendidura practicada en el círculo y alcanza de o á 90 gra. dos. Por último, á cada lado del marco hay dos columnas que soportan un tornillo, del cual pende un hilo de capullo que sostiene un sistema astático de dos agujas a b y a' b'. La aguja a b que está encima del círculo sirve para marcar las desviaciones; la aguja a' b' se encuentra en el interior del circuito. La hendidura practicada en el círculo C sirve para introducir esta aguja, y hay otra abertura, que no se ve en el dibujo, entre los hilos del circuito, debajo del círculo graduado. La horizontalidad del soporte se obtiene por medio de los tornillos, y se hace de modo que el hilo de seda pase exactamente por el centro sin frotar, con los bordes de la hendidura. Por medio del tornillo superior, se sube

MEDIDA DE LAS CORRIENTES 479 más ó menos el sistema astático hasta que gire cero. Si se hace pasar luego las dos corrientes libremente en el circuito. Tambien puede su- simultáneamente y en el mismo sentido, evibirse y bajarse el sistema sin que se tuerza el dentemente estará sometida la aguja á la achilo. . cion de una corriente de intensidad· doble de Reglaje del aparato.--:-Para emplear el gal- la primera. En este caso se obtiene una desvanómetro se principia por orientar, es decir, víacion de 10 grados; desde Juego á intensipor poner en direccion del meridiano magné- dad doble corresponde desviaclon doble. Hatico el diámetro que pasa por el cero de la gra- ciendo pasar del mismo modo por el aparato duacion. Para ello, cogiendo los bornes o é i, corrientes de intensidades crecientes, se obse hace girar el plato P sobre el soporte D, tendrán desviaciones características de cada hasta que el extremo de la aguja a b corres- una de estas intensidades. Hasta 20 grados ponda con el cero. Para fijar entonces el ins- las desviaciones _son proporcionales á la intentrumento se aprieta con un tornillo de pre- sidad de la coriente, y más allá de 20 grados sion las uñas T del pié D. aumentan con menos rapidez que la intensiObservvciones. - I. ª En el momento en que dad. Basta determinar de distancia en distanprincipia á pasar la corriente, desviadas brus- cia las desviaciones correspondientes á inten{ ~amente las agujas de su posicion de equili- sidades conocidas y se termina la tabla de las brio, tienden á dar varias vueltas sobre sí intensidades sucesivas por el método de las mismas, cuya rotacion se evita fijando en interpolaciones-. frente de la division 90, dos pequeños bornes . Cada galvanómetro requiere una tabla parcon los cuales choca la aguja superior. ticular, por cuanto la relacion entre la inten2.3 Para amortiguar las oscilaciones del sidad de la corriente y la desviacion de las sistema se emplea un cuadrante y un marco agujas varia segun su grado de imantacion, de cobre rojo; pues, como más adelante vere- su distancia á la corriente, y el número de mos, las oscilaciones de la aguja imantada vueltas del circuito. engendran ~n este metal corrientes llamadas Observaclones.-1. ª El galvanómetro prode induccion que reaccionan sobre ella y la visto de un multiplicador de dos hilos sirve paran rápidamente. tam bien para medir la diferencia de intensiGRADUACION DEL GALVANÓMETRO.-GALVA- dad de dos corrientes; lo cual se obtiene haNÓMETRO DIFERENCIAL...,-Este instrumento, ex- ciendo pasar simultá'neamente, en sentido traordinariamente cómodo para comprobar la contrario, una corriente por cada hilo; la des. presencia de las corrientes, no sirve, sin em- viacion se debe evidentemente á la diferencia . bargo, para medirlas directamente, puesto que de las acciones y, por lo tanto, mide la difeson necesarias tablas de graduacion, que dan rencia de las intensidades. Por esto se da el .. la intensidad relativa de la corriente corres- nombre de galvanómetro diferencial al apapondient13 á cada desviacion de la aguja. rato. El método más sencillo para formar estas 2." Se gradua tambien facilmente el galtablas es el del multiplicador de dos hüos, vanómetro por medio de las corrientes terdebido á Becquerel. Al cuadi:o _del aparato se mo-eléctricas y en vista de las mediciones enrollan simultáneamente dos hilos de cobre caloríficas. El aparato forma parte entonces cubiertos de seda, idénticos en longitud y en de un termo-multiplicador. diámetro, y empleando una corriente de elecGALVANÓMETRO DE THOMSON.-Una excetricidad dinámica constante, muy débil, se lente disposicion de galvanómetro, para las hace pasar la corriente por uno de los hilos, corrientes de muy poca intensidad, es la adoplo cual produce cierta desviacion, que como tada por Thomson, y que está representada ejemplo supondremos de 5 grados. por las figs. 158 y 159. El aparato está forSe elige luego un segundo caudal eléctrico mado por un barrote muy corto a b (fig. 159) de ,i gual intensidad que el primero, que se provisto de un espejo m, cuya posicion de comprueba haciendo pasar las dos corrientes, equilibrio se observa con un anteojo L y una simultáneamente y en sentido inverso, por regla dividida R R, que en algunos aparatos los dos hilos; la aguja debe permanecer en el es circular, y debe situarse entonces de modo ·'

FÍSICA INDUSTRIAL que el espejo esté en el centro de curvatura. Esta disposicion ofrece la ventaja de que el anteojo está tocado siempre y que las lecturas que se hacen en la regla son proporcionale s á las desviaciones. El barrote está situado en el centro de un cuadro multiplicador (fig. 159) de dimensiones calculadas, para obtener el máximo efecto en el barrote. Se hace este astático por un barrote auxiliar S N (fig. 158) móvil sobre una espiga vertical, orientado de modo que contrarreste la accion de la tierra sobre el barrote móvil. Claro está que un galvanómetro satisfará á las mismas condiciones que la brújula de tangentes, siempre que las desviaciones sean suficientemente pequefías para dar lugar á suponer que las relaciones de posicion de la aguja y del cuadro no se alteren de un modo sensible; y como, en este caso, tang. ex es proporcional al arco ex, se tendrá: l=kex. Las intensidades relativas se podrán medir entonces por las desviaciones de la aguja, obtenidas con la mayor exactitud por el método de Poggendorff, que tambien se emplea para el galvanómetro de Thomson y para la brújula de Weber, representada por la fig. 160. GALVANÓMETRO DE LIPPMANN.-Para que se comprenda la teoría de este nuevo amperómetro, al cual su autor ha dado el nombre de -- galvanómetro de mercurio, recuérdese el siguient_e fenómeno: Una corriente recta, móvil, colocada en un campo magnético uniforme, perpendicula rmente e! las líneas de juerr_a de éste, está sometida á una juerr_a electromagnética, que la solicita á moverse en una direcdon perpendicula r á la ver_ á la corriente y á las líneas de /uerr_a. Ahora bien: tomemos (fig. 161) urr tubo de vidrio dos veces encorvado (un manómetro) y pongamos en él un poco de mercurio, el cual tomará el mismo nivel en ambas ramas verticales. La rama horizontal de este manómetro de mercurio se encuentra colocada entre los dos polos contrarios de un iman. No representamo s en la figura esos polos; pero sí diremos que el uno va colocado detrás de la rama horizontal del manómetro, y el otro

delante. La rama horizontal está, pues, en un campo magnético, cuyas líneas de fuerza, que van del polo Norte al Sud, son horir_ontales. Atravesemos ahora dicha rama horizontal del vidrio por dos agujas de hierro que solamente toquen al mercurio que lleva la rama horizontal; estas agujas van colocadas en una misma vertical. La corriente cuya intensidad se quiere medir ha de pasar de una aguja á la otra al t/.avés del mercurio que hay entre ellas, este mercurio formará una corriente vertical, móvü, colocada en un campo magnético de líneas de juerr_a hori"r_ontales. Luego, será empujada por el campo magnético, á derecha ó á izquierda, segun su direccion. Si este empuje ó presion va hacia la izquierda (corrio suponemos en la figura), el mercurio se desnivelará háda ese lado. Este desnivel es proporclonal á la intensidad de la corriente. Bastará pues, una mirada para conocer la intensidad de la corriente. Es verdaderamen te notable un instrumento que nos da la intensidad de la corriente por medio de un manómetro, esto es, por medio de una presion. Si cambia la direccion de la corriente, cambiará el sentido d~l desnivel mercuria1. Este instrumento es muy sensible, pues acusa un desnivel de 62 mil_ímetros por cada ampere; una corriente de roo amperes produciría un desnivel de 6 metros. De modo que, la corriente, obrando directamente sobre un líquido podría producir la elevacion contínua de éste, lo mismo que una bomba, y sln ningun órgano material vt"sible que se mueva. La fuerza/ electro-magné tica, que solicita á la corriente recta mercurial que va de punta á punta de las agujas es, / = C i L; donde C es la intensidad del campo magnético, i la de la corriente y L la longitnd de este, ó sea la distancia de punta á punta. La rama horizontal del manómetro debe ser aplastada, de modo que presente el mercurio un espesor pequefíísimo en el sentido perpendicular al plano de la figura; un espesor, por ejemplo, de una décimª de milímetro. Este espesor, que llamaremos e, es paralelo á las líneas de fuerza del campo; la corriente eléctrica mercurial puede considerarse como un paralepipedo cuya longitud es l y cuya dimension transversal es .o' 1 milímetros. La

MEDIDA DE LAS CORRIENTES

fuerza/ ó sea C i l, se ejerce sobre una superficie mercurial que vale le; luego la fuerza ó presion hidrostática que se ejerce sobre la unidad superficial será: . Ct'l prestan= - l e

Ci = -e

Esta presion mide el desnivel. Vemos que es proporcional á la intensidad C del campo magnético; es proporcional á i, intensidad de Ja corriente y es inversamente proporcional al espesor e. Como quiera que dado un aparato, C y e son números fijos y constantes, la ecuacion anterior nos dice que i es proporcional á la presion ó desnivef. Otra cosa cui·iosísima de este instrumento: es reversible. Si hacemos que mecánicamente circule mercurio por la vaina horizontal, nacerá una corriente eléctrica entre las puntas a y b, puestas previamente en comunicacion por medio de un hilo metálico exterior. Hé aquí una nueva dinamo, de una notabilidad, originalísima. Si en vez de la rama de la derecha (donde suponemos que baja el nivel), se pone una ancha vasija, y al tubo de la derecha se le da poca altura sobre el gran nivel de la vasija, y hacemos circular una corriente extraña entre las puntas a y b, sucederá que al elevarse el mercurio en la rama de la derécha, se derramará en la vasija ó cubeta y tendremos una máquina elevatoria movida directamente por la corriente eléctrica. No quiere decir esto que se haya de sacar de aquí aplicaciones industriales; pero sí son dignas del mayor inte~s estas·consecuencias, que son exactísimas. De esta idea ha sacado Lippmann otra aplicacion fundada precisamente en lo que acabamos de decir. A la rama de la derecha la trasforma en cubeta; á la de la izquierda; .des pues de darle cierta elevacion, la enéorva horizontalmente, para que der~ame el líquido en la cubeta: la corriente que pasa entre las puntas estable, cerá, pues, una circulacion contínua del mercurio. Entre ciertos límites hay proporcionalidad entre la cantidad de electricidad total que ha pasado por las puntas a y b, y la cantidad de FÍSlCA lND.

mercurio que ha circulado; luego conociendo esta conoceremos aquella. Cualquiera comprende que nada es más fácil que conocer la cantidad de mercurio que ha circulado por día ó por mes, por medio de un contador mecánico que será por el hecho un contador de electricidad. Un doble cajon de báscula que recibe el chorro ó hélito de mercurio y que oscila y se vierte cuando está lleno, constituirá lo principal del contador. A cada oscilacion hará avanzar un grado la aguja indicatriz, ~a cual marcará la electricidad que ha pasado por el contador. SHUNT DE LOS GALVANÓMETROs.-Elshuntes

un aparato que se emplea en las mediciones galvanométricas, siempre que el instrumento sea muy sensible y la corriente demasiado ~uerte; por lo tanto, evita que se descomponga. El shunt permite hacer pasar por el galvanómetro -

1 -

ó-

IOO

ó -

1 -

IOOO

de corriente,

ó bien la corriente entera, ó absolutamente ninguna cantidad de corriente. • El aparato .se compone de una série de tres bobinas de hilo conductor, cuyas res•istencias . te·'1gua l es a, 1 son respectivamen - , -I

y -I999

de la resistenct'a del galvanómetro particular (con el cual se le émplee el shunt para las mediciones). Estas bobinas están contenidas en una caja cilíndrica de metal (fig. 162), cuya tapa es una placa aisladora de ebonita. Seis piezas metálicas, de resistencia despreciable á causa de su espesor, están dispuestas en la placa, como indica la figura y están normalmente aisladas entre sí por la ebonita, excepto la pieza central CA, que está unida metálicamente á la pieza posterior de la derecha. Las tres piezas anteriores pueden ponerse en comunicacion con la pieza central, y, por consiguiente, con la pieza posterior de la derecha por medio de clavijas metálicas; asimismo pueden unirse tambien, si se quiere, las dos piezas posteriores. Llevan éstas dos bornes metálicos, y á la de la izquierda están unidas las tres bobinas por uno de sus extremos, terminando separadamente los otros en las tres piezas anterio-

res senaladas - , -

y--. 999

Para operar se unen los hilos del circuito T. ll.-61

FÍSICA INDUSTRfAL

de la pila á los dos bornes, y tam bien los dos reóforos del galvanómetro; así el instrumento estará montado en derivacion en el circuito. Si se coloca una clavija entre las dos piezas posteriores del shunt y se suprimen todas las demás, la corriente entera pasará por el conjunto de las dos piezas posteriores, cuya resistencia es despreciable; por el gal vanómetro pasará sólo una fraccion insensible. Si, por lo contrario, se quita la clavija, toda la corriente pasará por el galvanómetro, por existir entonces una interrupcion en la otra derivacion. Si, por último, se coloca la clavija entre la

del cuadro, y, por consiguiente, á la direccion inicial de la aguja. Esto se demuestra por el cálculo con arreglo á las fórmulas de Ampere. Para operar se coloca el cuadro en el meridiano magnético, pero de modo que tanto él como la aguja se encuentren en un mismo plano. Entonces es cuando se hace pasar la corriente. Solicitada la aguja imantada por un par perpendicular á su direccion, se desvia de su posicion de equilibrio, es decir, del meridiano magnético, y á medida que se va alejando de él, aume.o.ta el efecto de la componente horizontal del par terrestre, y como la accion de 1 la corriente permanece constante, llega nepieza CA y la pieza - -, por ejemplo, la corcesariamente un momento en que estas dos 9 riente pasará entonces por dos circuitos deri- fuerzas contrarias se equilibran, y entonces la vados, constituido el uno por el galvanóme- aguja imantada permanece en equilibrio en tro, y el otro por la bobina del shunt (de reun acimut a. Ecuacion de equilibrio.-Sea a' b' la posi..: sistencia igual á .2.. de la del galvanómetro). cion de equilibrio (fig. 163). Sean T y F las 9 Las intensidades i" é l , de las dos corrientes acciones de la tierra y de la corriente sobre derivadas se determinarán por la ecuacion el polo austral. Las acciones sobre el polo boreal son iguales y contrarias, de suerte que la ., r' aguja se encuentra en equilibrio bajo la act = l. r r accion de los dos pares (F,, - F), (T,, - T), r' es la resistencia de la bobina y r la del ins- cuyos momentos son: para T, T. 2 l senª, y trumento. para F, F . 2 l cos a. Los momentos de estos Haciendo sucesivamente dos pares son iguales y de signo contrario; por lo tanto, su suma algebraica es nula, y r'=.!._ó_!__ ó-rse tiene:

999

se obtiene i'

= _&_ ó _:s._ IO

T . 2 l sen F

ó ~-

100

1000

DE TANGENTES. -

F . 2 l cos

= T tanga.

Esta ecuacion de equilibrio supone que la accion electro-magnética de la corriente permanece perpendicular al cuadro, es decir, al meridiano magnético, por más que se haya desviado la aguja de este plano. Esta hipótesis es tanto más verdadera, cuanto menor sea el ángulo a y mayor el radio del cuadro, con relacion á la aguja. De ahí la necésidad de que la aguja sea muy corta y muy grande el cuadro. Haciendo pasar otra corriente por la aguja, la accion F se obtendrá con la ecuacion

Descripcion y principio.-Este aparato, inventado por Pouillet, permite medir directamente las intensidades de las corrientes en unidades absolutas. Se compone principalm·e nte de una aguja imantada móvil en un plano horizontal. Su pivote vertical está situado en el centro de un cuadro de madera ó de un círculo de cobre, al cual está enrollado un hilo metálico. La aguja es muy corta con relacion al cuadro. Si la aguja se encuentra en el plano del cuadro, las acciones de una corriente que circule por el hilo quedan reducidas á dos fuer- de donde zas iguales y contrarias, aplicadas á los dos polos de la aguja y perpendiculares ?-1 plano BRÚJULA

a -

= T tanga'

F -

tanga tanga'

•

MEDIDA DE LAS CORRIENTES

mento, imaginado por Becquerel, permit~ conocer las ":intensidades de las corrientes por medio de pesos. A los platos b b' de una balanza, á un miligramo de sensibilidad (figutang ex F I ra 164), se suspenden unos barrotes imantay tang ex'' F dos a, a' que penetran sin roce en tubos de y, en general, vidrio verticales t, t' cubiertos con hilo de cobre revestido de seda, que les dan mile~ de I = K tang ex vueltas. Estos tubos se centran bien con relacuyo modo de ver confirma la experiencia. cion á los ejes '.de los imanes, por medio de En efecto, si colocamos suce"sivamente un mismo voltámetro en las dos corrientes, y los torni'Ilos v, v'. Si se hace pasar una corpesamos las cantidades ·p y p' de hidrógeno riente en sentido opuesto al rededor de los que' sale, en la unidad de tiempo, se encuen- tubos t, t', el iman sube en uno de ellos y se introduce en el otro, y para restablecer el tra que: equilibrio deben ponerse pesos en uno de los _p__ tang ex b, b', platos en relacion con la intensidad de tang ex' P' la corriente. Por ejemplo, la corriente de un par zinc y . cobre de 4 centímetros cuadrados I sien . d o I e' l' 1as 111. Mas como p - y, sumergido en agua destilada, está equilibrado tensidades electro-químicas, deduciremos que por 2'5 gramos, y son necesarios 35 gramos las acciones electro-magnéticas son propor- cuando se añade una gota de ácido sulfúrico cionales á las t'ntensidades el¿ctro-químicas, al agua. La segunda corriente será igual, pues, y, por consiguiente, á tas cantldades de elec- á catorce veces la primera. tricidad que pasan por el hilo. Como la accion atractiva no obra del misBRÚJULA O MAGNETQMETRO ELÉCTRICO• DE mo modo qúe la repulsiva, Jacobi sólo emWEBER.-Este aparato, tan exacto que puede plea esta última, y coloca las dos bobinas á un servir de declinómetro, se presta á la aplica- mismo lado, una ·encima y otra debajo del cion del método de las tangentes, siempre que iman único. las desviaciones sean muy pequeñas. Uno óRHE-'ELECTRÓMETRO. -Construyó Marianini varios hilos c arrollados á un cilindro elíp- con el nombre de rhe-electrómetro, un apatico (fig. 164), ó sobre un cuadro de cobre rato que tanto puede servir para las corrientes grueso, que amortigua las oscilaciones, van á instantáneas como para las corrientes contíparar á unos bornes fijos ó una placa de mar- nuas. En uno de los lados de la caja que confil a. En al cuadro está suspendido por un tien_e la aguja imantada horizontal, hay un sogrupo de hilos de seda sin torcer, ó por porte.. vertical que sostiene un electro-iman dos hilos paralelos, un barrote imantado S N, forJJ1ado por un barrote de hierro dulce horisujeto á la base de un rectángulo que rodea, zontal que tiene arrollado en forma de hélice sin tocarla, la parte superior del multiplica- el hilo reóforo revestido de seda. Al pasar la dor, como en el reómetro de Peclet. Un espejo corriente por este hilo, la aguja se desvia. Poplano M, fijo perpendicularmente al barrote drá variarse la sensibilidad del instrumento S N, sirv~ para medir con la mayor exactitud colocando el electro-iman á alturas distintas. GALVANÓMETRO DE Wrsn:EMANN. -Esteinstrulas más insignificantes desviaciones por la remento '(fig. 165) es extraordinariamente senun haz luminoso. El arco dividido flexion de r da á conocer ·aproximadamente estas des- sible. En vez de la aguja imantada hay un viaciones; sirve principalmente para colocar iman circular A que soporta un espejo con el imana cero, haciendo girar el aparato al reel cual se miden las desviaciones por medio dedor de un eje vertical sostenido por su pié. de un h,az luminoso reflejado. El iman está El hilo de suspension está fijo á un micróme- colgado por un hilo metálico á un micrómetrQ A semejante al de la balanza de Coulomb tro B T, y se mueve en el interior de una caja lo cual permite aplicar el método de torsion. esférica de cobre puro s, que amortigua sus BALANZA ELECTRO-MAGNÉTICA.-Este instru- oscilaciones. Por medio de cremalleras de Si consideramos las acciones electro-magnéticas de las corrientes proporcionales á sus intensidades, se tendrá:

T -

•

FÍSICA INDUSTRIAL piñpn, las dos bobinas idénticas H H' se aproximan á la esfera s hasta cubrirla. Al encontrarse estas bobinas á igual distancia de la esfera, la corriente que las recorre simultáneamente en sentido contrario, pone el iman en reposo; mas, al mover una de las bobinas, se produce una desviacion. Se modifica la sensibilidad del instrumento cambiando la posicion de las bobinas. Tambien se le puede hacer funcionar como reómetro diferencial haciendo pasar cada uná de las corrientes que se comparnn por una de las bobinas situadas á igual distancia de la esfera s. CoMPARAcION DE 10s REÓMETRos.-Sabemos que la fuerza magnética de una corriente es proporcional á su fuerza química. Partiendo de ahí compara Marié-Davy los varios reómetros, observando la desviacion que experimentan por el paso de una corriente, cuya cantidad constante se mide por el volúmen de gas producido en un voltámetro durante la unidad de tiempo. Por ejemplo, si consideramos una brújula de tangentes, la intensidad I de la corriente será I = k tang d, en donde k es una constante que se evalua para cada instrumento. Como unidad se toma el equivalente de electricidad, es decir, la cantidad que descompone el equivalente de agua. La intensidad de la corriente estará, pues, representada por el número de equivalentes de agua que descompone en un minuto. Sea I ' este número y d la desviacion de la brújula de tangentes, y se tendrá I' = k tang d, de cuya fórmula se deducirá el valor de h, y en este caso dará para cada desviacion la intensidad en equivalentes de electricidad por minuto. Con la brújula de los senos se hará lo mismo, partiendo de la fórmula I = h sen d. MEDICION DE LAS C0STANTES DE UNA PILA. Definicion.-Sea cual fuere el número de elementos de una pila y su sistema de montaje, hemos visto antes que las leyes de Pouillet y la fórmula de Ohm se aplican perfectamente á ello. Desde luego, entre la intensidad I de la corriente, la fuerza electro-motriz E de la pila, su resistencia interior R y la resisten,.cia r del circuito exterior, se podrá formar la ecuacion siguiente: E

l=R+r

en donde ya sabemos que E y R se llaman las constantes de la pila. Medicion de R. - El procedimiento m·ás sencillo es el siguiente: Entre los polos de la pila se interpone un circuito de resistencia conocida r, se hace pasar luego la corrieute por una brújula de tangentes de resistencia despreciable, con lo cual se obtiene la desviacion a y, por lo tanto, la ecuacion E (1) K tang ~ = R+r Repitamos este experimento haciendo· variar la resistencia exterior, que se convertirá en r', y tendremos una nueva desviacion a'., y la consiguiente ecuacion (2)

K tanga'= R!r'

Dividiet1.do estas ecuaciones miembro por miembro, resulta: tanga _ R+r' tanga' - R+r tang

tang

a' -

tang

_ a-

R r' r - r' ·

En esta ecuacion todo es conocido escepto R, y su valor se deduce en funcion de r y de r', en unidades de resistencia ordinaria. Medict"on de E.-Conociendo R bastará llevar su valor á la ecuacion (1) para deducir el de E, en unidades de intensidad. Puede tam bien medirse la fuerza electromotriz en funcion de otra fuerza electro-motriz conocida e, para lo cual, se hace obrar sucesivamente por una corriente de gran resistencia r que contenga una aguja ó un galvanómetro, la pila cuya fuerza electro-motriz es E y la resistencia interior R, luego la pila. tipo (e, p), y tendremos sucesivamente tambien: E I'= -~eé l= R p+r de cuyas fórmulas deduciremos:

E _

e -

I(R+r) l' (p+r)

Si las resistencias interiores son pequeñas con relacion á r, la fórmula se simI_Jlifica,

MEDIDA DE LAS CORRIENTES

puesto que R r y p + R son sensiblemente . · 1es, y se t·iene E = e-Í' I 1gua

Observacion.-Estos métodos de medicion . dan la fuerza electro-motriz efectiva de la pila, es decir, la diferencia entre su fuerza electromotriz verdadera y su fuerza electro-motriz inversa de polari1acion. Por otra parte, tambien se puede obtener la fuerza electro-motriz verdadera, esto es, desprovista de la polarizacion, midiéndola cuando el circuito de la pila está abierto, por cuant-0, no habiendo corriente, no habrá polarizacion. Sabiendo, además, que la fuerza electro-motriz es igual á la diferencia de potenciales en los dos polos, bastará medir esta diferencia por medio de un electrómetro. MEDICION DE LAS RESISTENCIAs.:_Para ello, se aplica el caso de derivacion conocido con el nombre de puenté de vv heatstone, procedimiento el más cómodo y que más generalmente se emplea. Pri'ncipio del método.-Se llama puente de Wheatstone una derivacion muy complicada, que afecta la forma de un rombo con dos diagonales (fig. 166). La diagonal mayor saen.,. cuentra exteriormente al rombo; contiene la pila ó contacto electro-motor. La diagonal menor constituye el puente propiamente dicho. La corriente sale del polo positivo de la pila y vuelve á ella despues de haber recorrido los cinco conductores del rombo, corno indican las flechas. Se ve, con esto, que la corriente debe circuJar por el puente, tanto de A hacia C como en sentido inverso; el efecto resultante depende de las intensidades relativas de las corrientes, ó, si se quiere, del valor del potencial en A y en C. En la figura representamos tan sólo el sentido de la corriente más intensa. El único valor importante que se necesita, bajo el punto de vista de las aplicaciones, es la intensidad i de la corriente que circula por el puente, en funcion de la intensidad I, de la corriente principal y de las resistencias r', r", r,, r, de los ramales del puente. Aplicando las fórmulas de derivacion indicadas anteriormente, se obtiene la siguiente fórmula: I t (r' r t - r" r) • t = (r' r'') (r, + r,) r (r' + r" +r, + r,)

Así, vemos que, si se eligen las resistencias de los cuatro lados de modo que se tenga:

r' r, - r'' r,

ó bien r'

resultará i = o, es decir, que no pa$ará corriente alguna por el puente y que un galvanómetro que se intercale en este punto permanecerá á cero. Este es el caso particular que se utiliza. Aplt'cacion del método.-Supongamos formados los dos lados B A y B C con dos bobinas de resistencia, fáciles de convertir en equivalentes; supongamos además que en C D se cóloque un reostato R, es decir, un conductor de rest'stencia variable y constantemente conocido, y en AD la resistencia desconocida ix; coloquemos, por último, un galvanómetro en el puente. En este caso, se modifican las resistencias variables hasta que la aguja del galvanómetro perman~zca á cero, en cuyo instante la corriente derivada del punto es nula, y se tiene·

r' r,- r" x=o de donde _

r'r,

X---,,-

Así se obtiene inmediatamente x en funcion de las tres resistencias conocidas. Observacion.-Para que el experimento sea r''; basta para más f~cil, se toma á veces r' ello que se tengan dos bobinas de resistencia equivalentes. Se coloca la resistencia que deba medirse entre A y D, y se hace variar la longitud del hilo de un reostato que se coloca entre B y D, h~sta que la aguja del galvanómetro marque cero. Como r" r', la ecuacion anterior se reduce á

x=r, Es muy ventajoso hacer que las tres resistencias r', r", r, sean lo más iguales posible, por presentar entonces el método su máxima sensibilidad. Aparato.-En la práctica, la diagonal que

•

FÍSICA INDUSTRIAL

contiene el galvanómetro y que constituye el puente, se encuentra igualmente al exterior del rombo, corno 1a diagonal que contiene la pila. Todo el sistema está sobre una mesa hori.zontal. Las partes B, A, D son reglas metálicas (fig. 167), de resistencias despreciables, provistas, en los puntos B, A, D, de muñecas que sirven para unir los hilos de las bobinas. En r' hay una caja de resistencia conocida; en x se coloca la resistencia que se mide. M N es un reostato de Pouillet, es decir, un

simple hilo de platino, tirante, dividido por la corredera C en dos partes que forman los lados B C y C D. La manipulacion es muy sencilla. Basta hacer mover la corredera D hasta que la aguja del galvanómetro se coloque á cero, en cuyo instante, se obtiene la anterior ecuacion de equilibrio, de lo cual se deduce:

•

CAPITULO IX Efectos cal~ríficos, luminosos y mecánicos de las corrientes voltáicas.-Termo-electricida d. ENÓMENOS GENERALES. - Fusion y volatilb,.acion de los sólidos. Al pasar una corriente por un hilo metálico, produce en él efectos análogos á los de las descargas de las baterías; el hilo se calienta, pasa á la incandescencia y funde ó se volatiliza segun su mayor ó menor longitud y su mayor ó menor diámetro, Con una pila poderosa, todos los metales, hasta el iridio y el platino, funden. El carbon es el único cuerpo que es refractario á la fusion por las corrientes. Sin embargo, empleando Despretz una pila en batería formada de seis séries paralelas de rno ·e lementos Bunsen cada una, llevó unas barritas de carbon muy puro á una temperatura tal, que se curvaron, reblandecieron y soldaron entre sí. Para manifestar los efectos caloríficos de las corrientes no son necesarias pijas poderosas. Con 30 elementos Bunsen se obtiene la fusion y volatilizacion de hilos finos ·de plomo, de estaño, de zinc, de cobre, de oro, de plata, de hierro, y _ de platino tambien con produccion de chispas muy vivas de diversos colores. El hierro y el platino arden con luz blanca muy brillante; el plomo con luz purpurina; la del estaño y de oro es blanca azulada; la del zinc es una mezcla de blanca y

roja: por último, el cobre y la plata dan luz verde. Calentamlento de los líquidos. - El paso de una corriente á través de un líquido le calienta tambien, y tanto más, cuanto más intensa sea aquella y menos buen conductor el líquido. Esta produccion de calor es más · difícil de observar en los líquidos que en los sólidos, á causa de su mayor calórico específico, y por absorber los gases producidos mayor cantidad ~e calórico· latente. En la descomposicion del agua, por ejemplo, se observa que la elevacion de temperatura es menor en el polo. negativo que en el polo positivo, y ya sabemos que el volúmen de hidi:ógeno que se produce en aquel es doble del volúmen de oxígeno que se obtiene en éste. LEYES DE JOULE. - Joule estableció leyes especiales para explicar estos fenómenos, comprobadas por medio de un calorímetro especial que permite evaluar la cantidad de calórico producido en un hilo de resistencia conocida por una corriente de intensidad tambien conocida. Los enunciados de estas leyes son los siguientes: r. ª La cantidad de calórico desprendido en un tlempo dado está en rar_on directa del · cuadrado de la intensidad de Za corriente. 2.3 La cantt'dad de cal6rico desprendido

FÍSICA INDUSTRIAL

está, en igualdad de ct'rcunstanct'as, en ra 1on de zinc en la pila solo produce 18,796. Por lo ·contrario, bastará la corriente de un elemento directa de la resistenct'a del conductor. Estas leyes están comprendidas en la fór- Bunsen, por cuanto el conjunto de las reacciones que en él se producen, desprenden mula sigufonte: 52,000 calorías á lo menos. Q = Arl' ApUcact'on á la termo-dinámica. - Conen donde A es una constai.,te, r la resistencia virtiéndose·la fuerza electro-motriz de la pila de la porcion de circuito considerado, é I la en calor, y siendo fácil que éste se convierta en trabajo, ello permite comparar la pila intensidad de la corriente. Estas leyes se aplican no tan sólo al cir- con una máquina de fuego, en la cual la cuito exterior de la pila, sí que tambien á la combustion del zinc sustituye la del carbon, y por lo mismo, será capaz de producir pila en sí y á cada uno de sus elementos. Estas leyes las comprobó Becquerel, exten:.. un trabajo determinado equivalente al calódiéndolas á los conductores exteriores líqui- rico que se pierde por el circuito. Para dedos, siempre que no se verifique reaccion se- mostrarlo colocó Fabre en una de las muflas del calorímetro de mercurio, una pequeña cundaria absorbente del calórico. pila, y en la otra mufla un pequeño motor ÜRÍGEN DEL CALÓRICO PROD 1JCIDO POR LA PILA. - Este calórico se debe á la oxidacion del electro-magnético fácil de darle movimiento, zinc y á la com binacion del óxido con el áci- y encontró que, mientras permanecia la mádo sulfúrico. Joule observó que, es proporct'o- quina en reposo, el calórico desprendido por nal al número de equivalentes de 1inc consumi- todo el circuito era constantemente.de 18,796 dos para producir la corriente. Desde luego calorías por equivalent~ de zinc disuelto, y . la corriente no engendra calo_r y sí solo trans- que el número de calorías disminuía al funporta á las varias partes del circuito, proporcionar la máquina,siendo el calor perdido procionalmente á la resistencia, el calórico des- porcional al trabajo efectuado. EFECTOS LUMlNOSOS .-Los efectos luminosos prendi~o de la pila debido á las acciones quíde las corrientes son consecuencia- directa de micas. SUq efectos caloríficos. En el instante en que Silbermann y Fabre comprobaron la ley 9-e la produccion de calórico es suficientemente Joule por medio de su calorímetro, y observaron que la doble accion química de la oxi- intensa, se verifica una produccion. de lu 1 madacion del zinc y de la com binacion del óxido nifest~da por medio de chispas, ya por la informado con el ácido sulfúrico, produce 18,796 cand~scencia de los reóforos_ ó por un arco pequeñas calorías por equivalente de zinc di- voltáico. Los polos de una pila poseen muy poca tensuelto, y que estas c~lorias se:.encuentr,an insion, _saJvo en el caso de un número de pares tegralmente en el circuito exterior é interiqr consid~rable, y no se produce ninguna chispa de la :rila. al reunirles por un _hilo de cobre; mas, al CONSECUENCIAS. - 1. ª Aplt'cact'on á la elecrompers~ el circuito aparece 1.l11:ª chispa, tanto trólt'st's. - El calórico desarrollado por la corriente en un punto cualquiera de su circuito, más fuerte cuanto_ mayor sea el núµ1ero de se debe á las reacciones químicas que se re- pares. Cuando los polos de una pila poq.erosa suelven en la pila. Así, pues, una corriente están unidos por un alambre de hierro ó de no. podrá producir un efecto calorífico dado platino, fino .Y muy resistente y de suficiente en un punto de su circuito exterior más que grueso para que no s~ funda, este alampre en el caso en que este efecto no exija una pasa al estado incandescente y produce un cantidad de calórico superior á la cantidad su- brillo intenso durante el paso de la corriente. rninistrs.da por la pila. Desde lu_ego, será im- Si se arrolla sobre sí mismo el hilo en forma posible descomponer el agua con la corriente dé hélice, se aumenta el efecto l_uÍnino;o. ARCO vo1,TÁico.-Poniendo en comunicade un solo elemento Daniell, puesto que la descomposicion de un equivalente de agua · cion los electrodos con dos conos de carbon absorbe más de .3 4,000 pequeñas calorías, al de_cok bien calcinado se obtiene lg ll~mada paso que· la disolucion de un equivalente luz -eléctrica. El carbon b (fig. 168) est~ fijo,

EFECTOS DE LAS CORRIENTES VOLT ÁICAS

y el carbona sube y baja más ó menos por medio de-una cremallera, á la que está fijo, y por un piñon que se hace girará mano con un boton c. Puestos los carbones en contacto, dan paso á la corriente y les hace incandescentes al instante. Si entonces se les separa, se produce un arco luminoso que va de uno á otro, llamado arco voltáico. · La longitud del arco varia segun la fuerza electro-motriz de la pila. En los experimentos de Despretz, el_arco alcanzaba en el aire, una longitud de 7 centímetros cuando el carbon positivo estaba encima; cuando estaba debajo, el ar.co se acortaba de unos 2 centímetros. Si los carbones están dispuestos horizontalmente (fig. 169), deben estar más cerca uno á otro, de lo contrario el arco se apagaría más fácilmente, debido á que aumenta el enfriamiento producido por el aire. Experimentos de Davy.-Davy fué el primero que en 1801 produjo un arco voltáico por medio de dos conos de carbon de madera ligera y de una pila de artesa de 2,000 pares, cuyas placas tenian cerca de I 1 centímetros de lado. Como este carbon arde con mucha rapidez en el aire, la operacion se efectuaba en el vacío. Para producir el arco, utilizaba Foucault un carbon de cok proveniente de los resíduos de las retortas para gas. Este car bon es muy duro y compacto y puede cortarse en forma de barritas; arde con mucha lentitud en el aire, y, por lo tanto, no hay necesidad de operar en el vacío. · 'TRANSPORTE PORELARCOV OLTAICO.-Suc oNs-

pectro luminoso, esto es, los rayos luminosos de vibraciones menos rápidas. A medida que la temperatura del sólido va aumentando, no sólo va aumentando la cantidad de luz que· radia, sino que se van presentando los rayos anaranjados, amarillos, etc., y, por lo tanto, la luz emitida va siendo cada vez más blanca. La temperatura del cuerpo sólido, al cual vamos dando calor, irá aumentando hasta llegar á cierto límite del que no podrá pasar. En efecto, supongamos que damos al cuerpo en cada segundo de tiempo una cantidad de calor que representarem os por C calorías; desde el momento en que el cuerpo empieza á calentarse, empieza á perder calor porradiacion, esto es, por el éter, si está en el vacío; por el éter y por el contacto con el aire, si está en este flúido. Ahora bien: la cantidad de calor que el cuerpo que se calienta pierde por segundo, crece de un modo aproximado proporcionalm ente á la tempera tura de dicho cuerpo, y como la cantidad de calor que recibe por segundo la suponernos constante, resulta que llegará á una temperatura T de equilibrio, de la cual no pasará. En todo cuanto va dicho suponemos que el cuerpo sólido es bastante refractario para sostenerse á la temperatura T sin fundirse, sin volatilizarse y sin descomponer se. Además, suponernos que la temperatura exterior es despreciable comparada á la temperatura T, muy alta, que damos al cuerpo. De los pocos experimentos que se han hecho sobre este asunto, podemos deducir que la cantidad de luz L que producirá el cuerpo por segundo, es groseramente proporcional á la tercera p_otencia de la cantidad de calor ó de energía C que por seg undo absorbe. De modo que podemos poner:

TITUCION. - Cómo se forma la lui eléctrica."Sabido es que los átomos de los cuerpos están en vibracion contínua, aunque invisible. Estas vibraciones, en número de millones por segundo, constituyen lo que llamamos calor oscuro (a) L=KCª porque son incapaces de producir sobre nuestros ojos la impresion de la luz, aunque es siendo K un coeficiente constante que deposible que sean sentidas por otros animales pende del cuerpo, de su forma, de su superficie y del medio en que está colocado. y especialmente por los nocturnos. Como quiera que la cantidad de calor C que Cuando se calienta un cuerpo sólido, los el cuerpo absorbe por segundo en el estado átomos van 3,celerando su movimiento cada de equilibrio termométrico , es sensiblemente vez más, conforme va aumentando su temperatura. A 500 grados los cuerpos sólidos proporcional á T, temperatura de equilibrio, son ya visibles en la oscuridad, es decir, emi- resulta que tambien podernos escribir, corno ten luz, aunque débil y rojiza. Aparecen, grosera aproximacion , la ecuacion siguiente: pues, en primer lugar los rayos rojos del es(b) L = K' Tª FfstGA JND,

T. 11.- 6 2

FÍSICA INDUSTRIAL 490 Que nos dice que la cantidad L de luz pro- lado y sus aplicaciones y ventajas especiales. ducida por segundo de tiempo, es proporcioNo vaya á deducirse de la comparacion annal al cubo de la temperatura final ó de equi- tes hecha, que la luz de una bujía va á costar librio, temperatura que hemos representado con el arco voltáico 67 veces más barata que por T. la misma luz obtenida con el gas; lo único Vemos, pues, la inmensa ventaja que ten- que se ha pretendido decir, es que la luz con dremos en calentar un cuerpo á una altísima el arco voltáico cuesta 67 veces menos enertemperatura, siempre que se trate de produ- gía. Falta ahora saber lo que cuesta la enercir económicamente la luz. gía eléctrica comparada con lo que cuesta la .. A las dos ecuaciones anteriores podemos energía del gas, ó sea el mismo gas. agregar esta otra: Dos clases de lur_ eléctrt'ca.-Hóy se emplean en la industria del alumbrado dos cla(c) C =K"T ses de luz eléctrica. Si dividimos miembro por miembro la ecuar. ª La lur, de t'ncandescenda. cion (b) por la (c) resultará: _ 2. " La lur, de arco voltát'co. Si se hace pasar una corriente eléctrica de (d) ~=K"'T 1 suficiente intensidad por un filamento muy c delgado de un cuerpo conductor de la electriEl primer miembro de la ecuacion ( d) no cidad é infusible, como el carbon, fuera del es otra cosa que la cantidad de luz obtenida contacto del aire para que se queme, la temcon la unidad de energía calorífica gastada, ó peratu_ra de ese hilo de carbon se elevará hasta de otro modo: el primer miembro representa el blanco brillante, y emitirá ó radiará luz. la luz que produce la unidad de energía; ó si Tal es la luz llamada de t'ncandescenct'a. se quiere de un tercer modo: es el rendimiento Hemos visto que la luz será tanto más ecoluminoso. Vemos, pues, que el rendimiento nómica cuanto más alta sea la temperatura á es proporcional al cuadrado de la temperatura que se eleve el filamento. Pero desgraciadadel cuerpo luminoso. mente no se puede pasar de cierto límite im. Conviene por tanto concentrar mucha ener- puesto á dicha temperatura por el filamento gía en poco espacio, si se quiere obtener alta mismo. Si pasamos mucho de este límite, el temperatura, y por tanto lur_ económt'ca. filamento se rompe, sin duda porque el carLas tres ecuaciones que hemos puesto no bon se sublima, la corriente se interrumpe pueden considerarse más que como aproxim?-- por esa rotura del circuito, y se produce la ciones, y aun así, entre ciertos límites. oscuridad. Una bujía esteárica consume por segundo Así, pues, si no se tiene aun hoy dia la luz una cantidad de energia calorífica de 90 watts. eléctrica de incandescencia á un precio muPara producir la luz de una bujía en un me- chísimo má~ ba]o que el del gas, la culpa no chero de gas ordinario, de dos agujeros cru- es de la corriente eléctrica, porque ella se zados, se gastarán 67 watts. Para producir presta admirablemente á darle al filamento esta misma cantidad de luz en una lámpara las temperaturas más extraordinarias; el mal incandescente, se gastan 3 watts; para obte- está en que no hay filamento que pueda re. ner esta misma luz con una lámpara de arco, sistir esas temperaturas elevadísimas, que por se gasta una cantidad de energia que no llega ser así serian económicas. á un watt. El platino, que es el metal más infusible Aquí se ve que no hay agente que se preste entre los metales corrientes, no puede resismejor á transformarse en luz que el agente tir la temperatura que se hace sufrir al careléctrico. De aquí arranca su superioridad, y bon. Por esto tuvo Edisson que abandonar de aquí nace la opinion universal que lo con- sus lámparas de hilo de platino, inventando, sidera como el alma del alumbrado del porve- al mismo tiempo que Swan, las de filamento nir; sin que por esto se entienda ·que haya de de carbon, que son las llamadas lámparas de anular los demás medios y sistemas de alum- t'ncandescenda. brado, porque cada uno tiene su lugar seqaCon relacion al arco voltát'co, puede decirse

EFECTOS DE LAS CORRIENTES VOLTÁICAS

q-ue . esta luz es tambien de incandescencia; esto es resultado de elevar á una altísima temperatura (mayor que la de los filamentos anteriores) los exfremos de dos gruesas barrites de carbon. J:,.. pesar de eso, y conformándonos con ·lo que ya el uso ha establecido, continuaremos con la distincion entre alumbrado de incandescencia y alumbrado de arco. Del arco voltáico.-Antes de entrar en materia debemos exponer algunos preliminares, para que sean claras é inteligibles las ulteriores explicaciones. Todos los aparatos de alumbrado eléctrico por arco que han tenido verdadero éxito, esto es, que han podido resistir una prolongada experiencia y aclimatarse en la práctica, consisten esencialmente en dos barritas de carbon denso y homogéneo, artificialmente preparadas. Supongamos estas dos barritas talladas en punta en uno de sus extremos y comunicando respectivamente con los dos polos del generador de electricidad, por medio de dos conductores aislados, más ó menos largos. _Estos conductores son ordinariamente alambres de cobre recubiertos de una capa aisladora de gutapercha. La barrita de carbon que comunica con el polo positivo del generador se llam~ carbon post'tivo y la otra carbon n~gativo. Si cogemos (con tenazas ó con mangos de vidrio, para poner nuestro cuerpo á cubierto de una descarga eléctrica) ambas barras de carbon y hacemos que se toquen por sus puntas, tendremos lo que se llama un circuito cerrado, y si no se tocan, el circuito estará _abierto. En el segundo ·caso, el flúido eléctrico, que podemos suponer que se acumula en el polo positivo del generador, no puede ir al polo negativo, por su incapacidad ordinaria par.a salvar el espacio aéreo que separa -las puntas de carbon, aunque este espacio solo sea de un milímetro; entonces no circula flúido por los conductores y, por lo tanto, no hay cor-riente. En el primer caso, ó sea cuando se tocan las puntas de las barras de carbon, el flúido eléctrico puede ir desde el polo positivo del generador al negative, siguiendo el camino que le traza el primer conductor, el cafbón positivo, el negativo y el segundo conductor: ,entonces circulará flúido por el

circuito y habrá corriente. En cuanto hay corriente, si es suficientemente enérgica, ve- ' remos la luz eléctrica formarse entre las puntas de carbon, las cuales se ponen incandesC(;)ntes. Una vez obtenida esta incandescencia de las puntas, se pueden separar los carbones, uno, dos, cinco ó más milímetros, segun sea la energia de la corriente, sin que ésta cese de existir, y sin que la luz se extinga; de modo que el paso de la corriente de una punta á la otra, al través del aire, que no fué posible cuando las puntas estaban frias, lo es ahora. Este fenómeno se explica considerando que - el sitio que separal;>a las puntas en el primer experimento, estaba ocupado por el aire frio, el cual conduce mal el flúido del generador, y ahora ese espacio éstá ocupado por una pequeña atmósfera compuesta de partículas carbonosas, que el flúido arrastra c:;onsigo, de vapor de carbono y de aire á una elevadísima temperatura; y esta atmósfera es bastante conductora para permitir el paso al flúido; ello forma el puente por donde el flúido puede pasar de una á otra punta de carbon, pero este puente se lo ha de formar la corriente misma; de aquí la necesidad de procurar que se· toquen las puntas. Esta pequeña atmósfera brillantísima que existe entre las puntas del carbon, y que se ve en la fig. 168, es lo que se ha convenido en llamar el arco voltáico;- arco por la forma arqueada que afecta, y voltáico en memoria del ilustre Volta, inventor de la primera pila eléctrica. El arco voltáico es lo que ordinariamente se llama luz eléctrica, aunque este nombre se adapta tambien á otras. El arco voltáico tiene un brillo ó intensidad luminosa que seria la mitad de la del sol, si el sol tuviera el mismo tamaño que el arco. La temperatura del arco es la más elevada que el hombre puede producir; en el arco funden y se volatilizan todos los metales y aun los cuerpos más refractarios. El brillo del arco se debe como hemos dicho á las partículas carbonosas calentadas extraordinariamente. Fácilmente se comprende que; si todas las substancias puestas en el arco funden, ·se descomponen ó se volatilizan, las puntas' de los

49 2

FÍSICA INDUSTRIAL

carbones que sirven de apoyo á las dos puntas del arco voltáico sufrirán análoga destruccion, á la cual se agregará su com bustion si están en el aire. De aquí se deduce que· los carbones se irán consumiendo y que la distancia entre las puntas se irá agrandando y llegará á un límite tal, que la corriente no podrá salvarlas, cesará la circulacion del flúido y la luz se extinguirá. Para que esto no suceda, es preciso ir acercando los carbones uno á otro en la misma medida que se van consumiendo, de modo que la distancia entre las puntas permanezca siempre la misma. Se han construido aparatos con un mecanismo tal, que la operacion de acercar los carbones se hac~ en ellos automáticamente. De estos aparatos, que se llaman reguladores eléctricos, y tambien lámparas eléctn'cas, nos ocuparemos más adelante, al tratar del alumbrado eléctrico. La experiencia ha enseñado que los dos carbones, entre los cuales sé forma el arco voltáico, no se consumen con· igualdad. El car bon post'tivo se consume con doble rapidez que el negativo, y se calienta mucho más que éste. El arco voltáico puede obtenerse entre dos conductores cualesquiera, en vez de las dos barras de carbon; pero para la obtencion de luz, el carbon es, hasta el dia, la substancia más conveniente, porque es la más infusible y al mismo tiempo conductora de la corriente, que son las dos cualidades que necesitan. La corriente eléctrica, cuando pasa del carbon positivo al negativo, transporta consigo partículas de carbon. Esto se puede observar en el vacio porque se ve disminuir la longitud del carbon positivo y aumentar el negativo. Pero en el aire I.os extremos incandescentes de los carbones se van quemando, y el resultado del trasporte molecular y de la coro bustion es que los dos carbones se adelgazan en sus extremos, pero más el negativo que el positivo, y se consumen ambos. El positivo no tan solo presenta roma la punta, sino que ésta toma la forma cóncava, que asemeja el cráter de un volean y por esto se llama cráter. La fig. 170 representa la proyeccion de un arco voltáico por medio de un microscopio foto-eléctrico, experimentado por Foucalt. La distancia entre las dos puntas de los

carbones, que es ordinariamente de 3 milímetros, está ocupada por lo que propiamente se llama arco voltáico, que se presenta á la vista con la apariencia de una llama poco luminosa. Ya hemos dicho que la principal luz la dan los extremos ó puntas de los carbones calentados á una altísima temperatura, muy superior á la dei filamento de la lámpara de incandescencia. Por esta razon es más económica la unidad de luz obtenida con el arco que la misma unidad obtenida con la incandescencia. Los carbones del arco pueden soportar esta temperatura, porque de todos modos están llamados á ser destruidos por la combustion y transporte, pero esto no es admisible en -l a lámpara de incandescencia, porque quedaria prontamente roto el filamento é inútil la lámpara. El carbon positivo se gasta con una rapidez doble del negativo, cuando ambos carbones tienen el mismo diámetro. Se puede hacer que esta relacion en el desgaste sea exactamente 2, cambiando el diámetro de una de las barritas de carbon. La longitud del arco varia con la fuerza electro-motriz de la pila. En los experimentos de Despretz, el arco alcanza, en el aire, una longitud de 7 centímetros, cuando el carbon positivo está arriba (fig. r68); ~i está abajo, el arco se acorta en unos 2 centímetros. Cuando los carbones están dispuestos horizontalmente (fig. 169), deben estar más aproximados uno á otro, por ser susceptible el arco de apagarse más facilmente, lq cual resulta del mayor enfriamiento producido por el aire. TEMPERATURA DEL ARCO VOLTÁICO Y. POSICION DEL CARBON POSITIVO.-Difícil es determinar temperaturas muy elevadas, y sobre todo la del arco, que como hemos dicho, es la más alta que el hombre puede ·producir. No hay cuerpo que resista sin fundirse ni volatilizarse, puesto en pequeña cantidad en el arco. Segun Rosetti, se puede decir que la temperatura del carbon negativo es poco más ó menos de 2,500 grados. En el centro del cráter la tempera tura se puede estimar en 3,200 grados. En el arco la temperatura debe ser de 4,000 grados ó más. En las lámparas de arco voltáico los dos carbones estan colocados sobre una misma

EFECTOS DE LAS CORRIENTES VOLTÁICAS 493 vertical. En general, uno de los dos carbones nerse de un modo aproximado por la ecuaestá fijo, y es el n.e gativo. El carbon positivo, cion: que es el móvil y el que ha de irse aproxir'8 l r= - -1mando al otro conforme va aumentando la longitud 'del arco, á fiH de que la distancia donde l representa la longitud del arco en mipermanezca sensiblemente · constante á pesar límetros. del desgaste, el ·car bon positivo, repetimos, es Segun esto, la diferencia D volts de poten. el que va arriba. Esta disposicion es venta- ciales entre los polos dé una lámpara de josa para el ?provechamiento de la luz. En arco, vendrá expresada aproximadamente por efecto, el carbon positivo es el que presenta la siguiente fórmula: más luz en su punta ó cráter, y como el crá~ D=4o+rI ter es hueco, hace oficio de reflector, y á más ó bien: de su luz, refleja la del otro carbon hácia D=40+1 '8l (m) abajo, que es precisamente lo que ordinariamente se quiere, esto es, que la mayor parte Para obtener el arco voltáico normal es de la luz se dirija hácia el suelo. preciso que el ge1:erador eléctrico tenga una En cuanto al calor que da el arco vol- fuerza electro-motriz que no sea muy infetáico, se puede decir que varia desde 2 á 5 por rior á 40 volts, siendo conveniente, al contra100 del calor que daria el gas necesario para rio, que esceda de este número. producir la misma cantidad de luz. En la lámpara de incandescencia, cuyo filaFUERZA CONTRA-ELECTRO-MOTRIZ DEL ARCO . mento obra como un simple conductor, y no -Siri duda que de la desigual tern pera tura que tiene, por lo tanto, fuerza contra electro-motoman los extremos ó puntas de los carbones triz, no hay· límite que señalar la fuerza elecentre los cuales se forma el arco voltáico, re- tro-motriz del generador. sulta que en el arco reside una fuerza contraEn cuanto á la intensidad de la corriente electro-motri1. que ha de alimentar el arco, puede variar La existencia de esta fuerza tiene por con- desde un mínimo de 4 amperes á 10 ó 15 ó 20 secuencia el que no pueda obtenerse el arco ó más amperes, segun Ja potencia luminosa voltáico sino con un generador cuya fuerza que se quiere obtener. electro-motriz sea superior á la contra-electroCuanto mayor sea esta potencia luminosa, motriz del arco. ó sea la intensidad de la corriente, más grueSi representarnos por E la fuerza contra- sos deben ser los carbones. electro-motriz del generador, por R la resisSegun la fórm_ula (m) la diferencia de potencia total del circuito incluso el arco, y por tenciales · en el arco normal de 14 amperes y e la fuerza contra-electro-motriz de éste, ten-· 3 milímetros, será: drernos que la intensidad I de la corriente D = 40 + 6 = 46 volts aproximadamete. valdrá: RESISTENCIA APARENTE DEL ARCO.-Se llama . E-e I= R amperes resistencia aparente del arco vóltáico, la diferencia D de potenciales entre los carbones P.oco se sabe acerca del valor que en cada ó polos de la lámpara de arco, partida por la ,caso tenga esa fuerza contra-electro-motriz. intensidad I de la corriente que alimenta el Pero para e! arco voltáico ordinario, nor- arco. mal, de 3 milímetros de largo, y una corResistencia aparente= ~ ohms. riente de ro á 14 amperes, pareée que se puede Supongamos un arco normal alimentado admitir corno una aproicimacion suficiente por una corriente de .14 amperes, y que acusa para la práctica industrial I una diferencia de potenciales de 46 volts , e =40 volts. su resistencia aparente será: En cuanto á la resistencia propiamente di46 =3'4 ohms. cha del arc(i) voltáico, su valor r puede obte14

494

FÍSICA INDUSTRIAL

entonces la desviacion del galvanómetro cam-· bia de sentido y de grandor. SERIE TERMO-ELECTRICA. - POTENCIAS TERMO-ELÉCTRICAS' DE LOS METALES.-Estas variaciones de sentido y de intensidad de la corriente termo-eléctrica fueron estudiadas muy particularmente por Becquerel, el cual media Corrientes termo-eléctricas. la intensidad, en cada caso 1 por medio de un galvanómetro. Principiaba por q.eterminar el. DEFINICION. -EXPERIMENTOS DE SEEBECK. de las corrientes obtenidos por la son sentldo corrientes las de Los efectos caloríficos recíprocos, es de~ir; _q ue así como las corrien- union de los varios 'metales, con lo cual pudo· tes engendran catar, éste, bajo ciertas condi- clasificarles de tal modo, que cada metal de ciones, puede engendrar corrientes. Estas la série, unido á un.o cúalquiera <le los sicorrientes, de q1:1e ya hemos tratado ~nterior- guientes, da una corriente que va del primero mente, se llaman termo-eléctricas, para dis- al segundo, pasado por la soldadura caliente. tinguirlas de las llamadas corrientes hidro- Esta série de metales, llamada' série termoeléctricas, que son debid'as á las acciones eléctrica, es la siguiente: químicas , Rodio. · Bismuto. Se sabia ya que varios cristales natu,rales, Latio. Nickel. adquieren topacio, como la turmalina y el Cobre. Platino: propiedades eléctricas al elevarles su tempeOro. Paladio. Zinc. Cobalto. ratura; y Volta descubrió que una hoja de Hierro. . Manganeso extresus por calentada plata desigualmente Arsénico Plata. mos constituye un elemento electro-motor. Antimonio. Estaño. Plomo. Seebeck demostró claramente, en 1821, que el movimiento del calórico por ~n circuito Determinaba luego Becquel la potenct'a ter-. metálico engendra corrientes eléctricas. Tomaba como circuito una hoja de cobre mo-eléctrica de un metal pareado con otro· en m a (fig. 171) cuyos extremos están aco- un circuito cerrado, esto es, la intensidad reladados y soldados á una placa de bismuto o p. tiva de la corriente .obtenida calentando uno En el interior del circuito así formado hay de los puntos de contacto á una temperatura una aguja imantada a que descansa en un pi- dada, mientras la otra se encontraba á cero. En otro experimento, soldó unos á contivote. El aparato se coloca. en la direccion del meridiano magnético y se calienta una de las n uacion de otros una ·série de metales distinsoldaduras; entonces se observa una desvia- tos, y puso los dos extremos en comunicacion cion de la aguja que indica el paso de una con el galvanómetro; calentó sucesiva menté corriente en direccion de n á m, es decir, en cada una de las soldaduras hasta 20°, mantedireccion de la soldadura caliente á la fria, niendo las restantes á cero. Permaneciendo pasando por el cobre. Si en vez de calentar la la conductibilidad sensiblemente la misma, soldadura n, se la enfria con hielo, conser- midió la potencia termo-eléctrica por la des·vando la otra soldadura. su temperatura natu- viacion del galvanómetro, y obtuvo las cifras ral, se produce igualmente una corriente, pero siguientes: de sentido inverso, es decir, que va dem án. Intensidad de la corriente. Soldadura calentada. En ambos casos, la corriente es tanto más in. 31'24 Hierro-estaño. tensa cuanto mayor sea la di/ereucia de temHierro-cobre .. 27'96 peratura entre las dos soldaduras. Cobre-platino .. 8'55 Si se calientan igualmente las dos soldadu38'87 Hierro-platino. ras, no se verifica produccion de corriente. 2' Plata-c@bre . . Este experimento puede repetirse, con bue"PARES y PILAS TERMO-ELÉCTRICAs.-Se lláma nos resultados tambien, empleando otros metales, tales como el platino y el hierro; pero par termo-eléctrico un sistema de dos meta-

Lo cual quiere decir qué si en vez del arco se pusiera un conductor inerte de una r.esistencia de 3'4 ohms, ho cambiaria en nada la intensidad de la corriente: ésta seguiria sien<clo de 14 amperes, como era con el arco.

EFECTOS DE LA:S CORRIENTES VOLTMCAS

les soldados entre sí, cuyos extremos libres pueden unirse por medio de un conductor. La fig. 171 representa un -par de bismuto y cobre, y la fig. 172 el par bismuto-cobre empleado por Pouillet para_establecer las leyes de las corrientes. Uniendo varios de estos pares en série, como los elementos Volta, es decir, de modo que el cobre del primero se suelde al bismuto del segundo, y así siguiendo, se forma una pila termo-eléctrica. Para que funcione se mantienen las soldaduras impares, por ejemplo, _á cero, y se calientan las pares á 100 grados en vasos llenos de agua hirviente (fig. 173). Hoy dia se construyen pilas termo-eléctricas de una potencia muy grande. La pila termo-eléctrica de Bunsen está formada. de pirita c,ie cobre natural y de cobre. Las pilas de J.3ecquerel están compuestas de placas de sulfuro de cobre fundido, unidos por medio de hilos de cqbre ó de metal Maillechort (aleacion de cobre, zinc y nikel). La fuerza electro-motriz de · esta pila entre cero y 800 grados es de 0'380 volt_s por elemento. Las pilas de Marcus se componen de barrotes formados de dos aleaciones distintas, por ejemplo, de una mezcla de cobre y de zinc como metal positivo y de una mezcla de antimonio y de zinc como metal negativo. Los barrotes se roscan entre sí por sus extremos dándoles la forma de rejillas unidas formando ángulo; los extremos inferiores se calientan en un hornillo de gas. Su fuerza electro-motriz, en las condiciones ordinarias, es de 0'04 volts por element~. Clamond modifica la pila de Marcus de modo que se adapte fácilmente á ios usos diarios é industriales. Los pares están formados por una mezcla de zinc y de antimonio, unida al hierro. Cada série de 10 elementos forma una corona circular dispuesta com·o indica la fig. 174. Las soldaduras impares se ~ncuentran así en el centro de la corona, y las impares en· la circunferencia. Se superponen varias séries de coronas que se pueden reunir en cantidad ó en tension, segun convenga. Para que funcione la pila, se hace arder en su centro el gas, haciéndole pasar por un tubo de tierra refractaria provisto de agujeros-(fig. 175); unidas las soldaduras impares con un betun aislador, para que formen un

495 tubo concéntrico, se las hace alcanzar una temperatura muy elevada. Una pila de 50 pares consume 170 litros de gas por hora y

equivale, por término medio, á

__:_Bunsen. 3

Tambien puede emplearse el cok, que arda en un hogar especial cuya chimenea caliente las soldaduras centrales de la pila. Una pila de este sistema de 3,000 elementos, tiene una fuerza electro-motriz de 109 volts y su resistencia es de 15'5 ohms. Consume 5 kgr. de cok por hora. . La pila de Noé es una modificacion de la pila de Marcus. Está formada de Maillechort y de una mezcla á base de antimonio. Las soldaduras calientes están contenidas en una cápsula de laton, calentado por una espiga de cobre rojo terminada en cono que recibe la accion directa de una llama de gas. Las soldaduras frias estan provistas de unas placas de cobre delgado, para que presenten una gran superficie al enfriamiento (fig. 176). LEYES DE LAS CORRIENTES TERMO- ELÉCTRICAS.

-Segun Becquerel, Ja produccion de las corrientes eléctricas está sometida á las leyes siguientes: I. ª En un par termo-eléctrico, en tanto la diferencia de temperatura entre las dos soldadura( sea la misma, la corriente es rigurosamente constante. 2. ª La intensidad de las corrtentes termoeléctricas aumenta con la (i.ijerencia de temperatura entre las soldaduras; y si una de ellas está á cero, esta intensidad es proporcional, hasta 45 grados, á la temperatura de la otra soldadura . 3.3 En:una pila termo-eléctrica, la intensidad de la corrt'ente, en igualdad de circunstancias, es proporcional al número de los pares. Obser_vaciones . - 1. ª En la segunda ley, el límite de 45 grados se aplica al cobre y bismuto, pero varia segun los metales . Con relacion al hierro y el cobre alcanza hasta 300 grados, y mucho más allá pasa el hierro y el paladio. A estas leyes puede añadirse la ley de 2. ª .Pouillet. La intensidad I de una corriente termo-eléctrica suministrada por una pila, en condiciones determinadas, se obtiene con la fórm,ula general:

FÍSICA INDUSTRIAL

= __!_ r

en donde E es la fuerza electro-motriz de la pila y r la resistencia exterior. En cuanto á la resistencia interior, es en este caso completamente despreciable. Este es el carácter distintivo de estas corrientes. CONSTANTES DE LAS PILAS TERMO-ELÉCTRICAS. -Estas pilas no se distinguen de las pilas hidro-eléctricas más que por no existir en ellas la resistencia interior y por su escasa fuerza electro-motriz. Sus efectos son pues los misrnqs que los de una pila hidro-eléctrica cuya resistencia interior fuese despreciable y tuviese una débil fuerza electro-motri:r,. La pila termo-eléctrica más poderosa que se conoce es la que construyó Clamond, de que ya hernos tratado. Cuando las corrientes termo-eléctricas deban medirse con el galvanómetro, es muy conveniente que no pasen por hilos muy largos. En este caso, se tomará un multiplicador de hilo corto y grueso, al paso que con las corrientes hidro-eléctricas el hilo podrá ser más ó menos fino y largo. ÜRIGEN DE LAS CORRIENTES TERMO-ELÉCTRICAS. -Las corrientes termo-eléctricas no se producen de ningun modo al contacto de los metales heterogéneos, puesto que son susceptibles de desarrollarse en circuitos formados por un solo metal. Tampoco provienen, de las acciones químicas, por cuanto observa Becquerel que se producen igualmente en el vacío y en un gas inerte, tal. como el hidrógeno. Demuestra Magnus que un circuito de dos conductores cilíndricos de cobre, de distinto diámetro, pero en iguales condiciones físicas uno con relacion á otro, calentados por uno de sus puntos de contacto, no producen ninguna corriente, sea cual fuere la diferencia de diámetro y de masa entre estos dos conductores. Sólo se producirá corriente cuando exista una dt"ferencia de estructura ó de densidad á ambos lados del punto calentado. Así, por ejemplo, no se manifiesta corriente alguna al calentar uno cualquiera de los puntos de un hilo de cobre que ponga ea comunicacion los dos extremos del hilo de cobre arrollado al galvanómetro. Mas, al destruir la homogeneidad de uno de estos puntos, tor-

ciendo varias veces el hilo, ó anudándole, y calentando luego el hilo cerca de este punto, la desviacion de la aguja indica el paso de una corriente que va del punto calentado al punto en donde se ha destruido la homogeneidad. Calentando el otro- lado próximo á este punto, la corriente se produce en sentido contrario. TERMO-MULTIPLICADOR.-La aplicacion más importante de las corrientes termo-eléctricas se debe á Melloni, por la con?truccion del aparato llamado termo-multiplicador, muy empleado en el estudio del calórico radiado (fig. 25. Libro vm). Hemos visto que el termo-multiplicador es un aparato termo-métrico extraordinariamente / sensible, constituido por la union de un galvanómetro y de una pila termo-eléctrica. El galvanómetro empleado es el de Nobili, de dos agujas estáticas. La pila termo-eléctrica es la pila de Nobili y Melloni. El sistema de una barra de bismutb y de una barra de antimonio soldadas entre sí forma un par de esta pila (fig. 177). Un solo par produciria una corriente muy débil, más si se sueldan varios pares, unos á continuacion de otros, de tal modo que todas las soldaduras impares se encuentren en un mismo extremo y las soldaduras pares en el otro, se obtendrá en poco volúmen, una pila tanto más intensa cuanto mayor sea el número de pares (figura 178). Puede reducirse aún más el volúmen de la~pila, colocando paralelamente unas al lado de otras (fig. 179), varias séries de pares semejantes á la de la fig. 178. El último bismuto de la primera série se suelda lateralmente al primer antimonio de la segunda, y así se va siguiendo, hasta .cinco ó seis séries, para formar un conjunto de 25 ó 30 pares, cuyos barrotes tengan ur1os 30 milímetros de largo. Así dispuesta la pila, se le pone una montura de cobre P soportada por un pié con visagra, que permite inclinarla más ó menos. Los pares están aislados unos de otros, é igualmente aislados de la montura, por fajas de papel barnizado. A los lados del aparato están fijos dos bornes m, n, que comunican, el uno con el primer antimonio y el otro con el último bismuto, constituyendo de este modo los dos polos de la pila. Para resguardar las dos caras de esta, se las cobija en dos estu-

EFECTOS DE ns CORRIENTES VOLT ÁICAS

ches rectangulares A y B, que se sujetan con tornillos a y b á la pieza P. Las pantallas E y E', susceptibles de subir y bajar segun convenga, permiten el paso del calórico á una sola de las caras de la pila. GRADUACION DEL TERMOMULTIPLICADOR . -La

operacion consiste en graduar el galvanómetro del instrumento de modo que sus indicaciones midan directamente las intensidades de los haces caloríficos que caigan sobre la pila. Se toman dos focos caloríficos casi iguales, dos lámparas de Locatelli A y B, por ejemplo: I. º Se pone en accion A solamente, colocándola á una distancia tal que produzca una desviacion de un grado, y se ·toma como unidad de calórico la radiacion correspondiente. 2. º Se hace lo mismo con B, colocándola al otro lado, hasta que se produzca una desviacion de un grado, inversa de la anterior. En este instante B trasmite igualmente la unidad de calórico á la pila. Si se hacen obrar los dos focos simultáneamente, la aguja del galvanómetro deberá permanecer forzosamente á cero, como realmente sucede. 3. Se aproxima entonces A, hasta que, sin que se mueva B, la desviacion vuelva á ser de un grado. Sea I á la intensidad actual del haz calorífico emitido por A, é I h la del h::.z emitido por B; como la desviacion se debe á la diferencia de accion de los dos focos, tendremos: 0

lá - lb=

de donde lá

= I + I b,

Como I bes igual á

lá

resulta :

Si A obrara sola, el galvanómetro experimentará una desviact'on igual á 2 grados; luego un haz de intenst'dad 2, estará representado por una desviacion de 2 grados. Esta proporc_ionalidad se manifiesta hasta 25 grados, es decir que de o á 25 grados las indicaciones del galvanómetro son proporcionales á las intensidades de los haces calóricos recibidos por la pila. FÍSICA, lND.

497

5.º Supongamos ahora que A produzca una desviacion de 25 grados; el haz que transmite entonces ésta á la pila tendrá una intensidad de 25. Coloquemos B al otro lado, de modo que ponga la aguja á o grados; la intensidad del haz emitido por B será · en este caso 25. Aproximemos A hasta que produzca una des-· viacion de más de rn grados, y resultará, como antes, que la diferencia I. - 1 b será igual á IO (por existir proporcionalidad hasta 25 grados, entre las intensidades caloríficas y las desviaciones), y tendremos: ·

+ = 25 + = 35. IO

Si es sólo A la que obra, la desviacion ya no será a.e 3 5 grados, sino de 34 grados, es decir, que queda destruida la proporcionalidad, cuya diferencia se va acentuando más y más á medida que la desviacion aumenta. Así se observa que la intensidad 3 5 corresponde á la desviacion 3 4 grados. Continuando del mismo modo, se podrán encontrar empíricamente todas las intensidades correspondientes á las desviaciones de la aguja, desde 25 á 90 grados. Observacion.-1. ª Si la accion del haz calorífico sobre la pila dura poco, ésta no ·se calienta y vuelve la aguja á cero al cesar la accion. No sucede lo mismo si la accion calorífica persiste. Observando Melloni que la impulsion inicial de la aguja es proporcional á la desviact'on final, sustituyó la observacion de las desviaciones por la de las impulsiones, con lo cual cada experimento se reduce á un {nstante. 2." La graduacion empíriéa del termomultiplicador se compone de una tabla de tres columnas, de las cuales la primera indica las impulsiones, la segunda las desviaciones de la aguja, y la tercera las cantidades de calórico correspondientes. Cada instrumento requiere una tabla especial. 3. ª Esta-graduacion del galvanómetro puede, además, servir para medir cualquier clase de corriente. En efecto, al existir equilibrio, en el experimento anterior, la cantidad de calórico recibido por la pila es igual á la que radia, y como esta es proporcional á la diferencia de temperatura de las dos caras, y esta diferencia en sí es, como ya sabemos, proporcional á la intensidad de la corriente terT. II. -

FÍSICA INDUSTRIAL

mo-eléctrica producida, resulta que las indicaciones del galvanómetro medirán á la vez las intensidades caloríficas y las intensidades de las corrientes. Efectos mecánicos producidos por las corrientes.

CAMBIO DE ESTRUCTURA DE LOS METALES.-El paso de una corriente puede modificar la estructura de ciertos metales, de un modo permanente ó momentáneamente. El primer efecto se observa particularmente en el cobre, pues los extremos de los reóforos de la pila se vuelven á menudo quebradizos, al cabo de cierto tiempo. Observa Dufour que el paso continuado de la corriente de un solo par por un hilo de cobre, disminuye su tenacidad en más de un cuarto. ·Wertheim, en sus investigaciones sobre la elasticidad, observa, ya por medio de las dilataciones, ó ya por las vibraciones longitudinales, que el coeficiente de elasticidad disminuye un poco durante el paso de la corriente, y que la disminucion, tanto más pronunciada cuanto más intensa sea la corriente, desaparece juntamente con ella, por grande .que haya sido la duracion de su paso. No es fácil atribuir esta disminucion al calórico, en atencion á que un calentamiento considerable apenas disminuye la elasticidad, y, cuando se emplean ias vibraciones, el sonido vuelve á subir prontamente al suprimir la corriente. Edlund prueba que el exceso de dilatacion obtenido por la tension no se debe ciertamente á una modificacion de la elasticidad, sino á·una accion especial de la corriente. Streintz confirma este modo de apreciar la cuestion, y evalua, empleando hilos metálicos diversos, la relacion entre la dilatacion galvánica y la dilatacion calorífica, y halla, por ejemplo, para el hierro dulce, el platino, el cobre duro y el acero duro, las relaciones 0'27, 0'25, 0 ' 19 y 0'03. La tenacidad disminuye tambien un poco durante el paso de una corriente; sin embargo, es casi imposible decidir si este resultado se debe á su accion propia ó al calentamiento. . Es probable que la resistencia eléctrica del hilo ejerza cierta influencia en ello. ACCIONES PRODUCIDAS POR ARRANQUE.-Las corrientes de gran tension producen efectos

mecánicos muy notables, observados poi ~ Planté. Grabado en vidrio por la elasticidad.- En la electricidad estática hemos visto la alteracion que sufre la superficie del vidrio por el paso de la electricidad. Empleando Planté las corrientes intensas, de sus pilas secun- . dari·as de 50 á 60 elementos, por ejemplo, ideó · un proc-edimiento para grabar el vidrio, preferible al que exige el empleo del ácido fluorhídrico. Se coloca horizvntalmente en el fondo de una cubeta una placa de vidrio (fig. 180) y se la cubre con una solncion concentrada de salitre. Este líquido comunica con el polo positivo de la pila por medio de un hilo de platino tendido á lo largo del borde de la placa. Se toma el otro electrodo con la mano, formándole con un hilo de platino cubierto con una materia aisladora, excepto en su extremo, que es el que se pasa por la placa formando con él los trazos que se desee. Estos trazos saldrán tanto más profundos cuanto más lento sea el movimiento, y tanto más suaves cuanto más fina sea la punta de platino. Para operar sobre una superficie convexa, se la sumerge en la disolucion, y se la mueve de modo que el sitio que deba grabarse. pase por la punta. Podrá operarse tambien con el electrodo positivo, en cuyo caso la corriente debe ser mucho más intensa. La accion de la electricidad parece presentarse aquí como calorífica y descomponente á la vez, por cuanto la llama que se produce en la punta presenta el aspecto de la luz electro-silícica. CmsPA AMBU(ANTE. -En la meteoro logia citaremos los ensayos hechos por Planté para producir una imitacion del rayo globular. Este mismo físico ha publicado unos experimentos muy curiosos, que arrojan mucha luz sobre este tan singular fenómeno, conducido á ello por haber observado el efecto producido por la electricid9-d de la pila secundaria de 800 pares, ·q ue perforaba accidentalmente una placa de mica de su máquina reostática. Colocado uno de los condensadores de esta máquina sobre un plato metálico puesto en cumunicacion con uno de los polos de la pila, se toca la ar. madura superior con el otro electrodo, en cuyo instante se produce una descarga; queda taladrada la placa de mica; se forma un glóbulo muy brillante que se mueve lentamente ·

•EFECTOS

•

LAS CORRIENTES VOLTÁICAS

produciendo un zumbido particular el cual traza un surco profundo, sinuoso y muy irregular. El color del glóbulo indica tambien la presencia de la luz electro-silícica. Produjo igualmente Planté glóbulos luminosos por medio de los elementos del aire húmedo, lo cual explica el rayo globular por la existencia de una especie de condensador aéreo, cuyas armaduras están constituidas por el suelo y por una capa de aire húmedo superior, separadas por una capa de aire intermedio relativamente seco; esta teoría, completa ciertamente la ya establecida por Planté, segun sus anteriores experimentos. TRANSPORTE DE LOS LÍQUIDOS. - El primer fenómeno de transporte de líquido bajo la influencia de una corriente, fué observado por Porret. Dividió, por medio de una membrana de vejiga, un vaso de vidrio en dos compartimientos que contenían agua; sumergió en ella los electrodos de una pila de artesa de So pares, y observó que el agua bajaba poco á ·poco por el polo positivo y subía por el negativo. Con otros líquidos obtuvo los mismos resultados, y el transporte se efectuó siempre en sentido de la electricad positiva. Es necesario que el líquido presente cierta resistencia á la corriente; así, de La Rive demuestra que el ácido sulfúrico dilatado, que es buen conductor, nq se transporta en cantidad apreciable. Becquerel produce un transporte de líquido del modo siguiente: coloca verticalmente dentro de agua un poco salada, dos tubos que contengan agua y arcilla diluida, retenida por un pedazo de gasa. Estos tubos reciben los electrodos de una pila de 60 pares, y se observa que, arrastrada la arcilla, enturbia el agua por debajo del tubo por donde entra la electricidad positiva. Daniell hace pasar la corriente de 4 ó 5 pares de carbon á través de un tubo horizontal t (fig. 181) acodado por los extremos, de 10 á r 5 milímetros de diámetro, que contiene agua muy poco acidulada y una bolita de mercurio m, de 2 ó 3 centímetros de larga. Esta bola se alarga y marcha en sentido de la corriente; si se invierte ésta, la bolita retrocede. Su extremo positivo se presenta brillante y el negativo empañado. Un líquido no conductor, como el sulfuro de carbono, por ejemplo, no se desplaza en las mismas condiciones.

499

LEYES DEL TRASPORTE DE LOS LÍQUIDOS Á TRAVÉS DE CIERTOS CUERPos.-=-Para conocer las leyes de este fenómeno, impropiamente llamado endosmost's eléctrica, Wiedmann vierte el líquido en un vaso V V (fig. 182), y en un cilindro de arcilla porosa a, al cual está almasticada una carn pana de vidrio c, provista de un tubo superior t. El vaso poroso a está cubierto por un cilindro de platino· p' que comunica por o' con el electrodo positivo de una pila de Daniell. Un segundo cilindro, situado en el interior del vaso poroso, comunica con el electrodo negativo por medio de una espiga o, que atraviesa un agujero almasticado de la campana c. Al pasar la corriente, el líquido sube por el interior del tubo c t, y se vierte por el tubo l al frasco f. Así que se tiene la seguridad de que cierta diferencia de presion no es capaz de hacer pasar el líquido á través del vaso poroso, Wiedmann observa que las cantt'dades de líquido transportadas en tiempos iguales son: r. º proporcionales á las intensidades de las corrientes; 2. º independientes del espesor y de la superficie del vaso poroso. El espesor de las paredes lo mo_dificaba raspando el vaso; y tambien la extension de la superficie, cubriéndola en parte con un engrudo impermeable. Operando con líquidos distintos, se observa que la cantidad transportada aumenta con la resistencia del líquido. Los resultados anteriores dependen del frotamiento de los líquidos con las paredes del diafragma. Wiedmann emplea tambien otro método independiente de esta influencia. Cierra el tubo t, adapta un manómetro de mercurio m, al extremo del tubo l, y mide la energía de accion de la corriente, por la diferencia de altura de las columnas de mercurio, en el instante en que esta diferencia queda estacionada. Estos experimentos sólo pueden efectuarse con líquidos que no produzcan gases al descomponerse; por lo mismo los efectuó empleando particularmente disoluciones diversamente concentradas de sulfato de cobre, que le condujeron á las leyes siguientes: La /uerq:a de transporte de la corriente se mide por una presion: 1. º proporcional á su intensi'dad; 2.º proporcional á la r esistencia del líquido; 3. º proporcional al espesor del vaso poroso; 4. º la presion está en raq:on inversa de la super-

500

FÍSICA INDUSTRIAL

fi,ct'e del vaso. Atendiendo á las leyes de derrame de los líquidos por tubos capilares, veremos que las dos últimas leyes no están en contradiccion con los resultados hallados por el otro método, por cuanto la re,sistencia r que esta especie de tubos oponen al paso de los líquidos, es proporcional á su longitud, representada aquí por el espesor e. Así tendremos ·r =ne, en donde n es una constante que depende de la naturaleza y de la superfi-

cie del vaso poroso. La fuerza que se equilibra con la accion de la corriente es igual, pues, á la presion h indicada por el manómetro, multiplicada por la resistencia ne, es decir, á b. ne. Para una misma corriente, h estará en razon inversa de e. En cuanto á la influencia de la superficie, · vemos que h deberá ser tanto mayor cuanto mayor sea el número de poros atravesados por.el líquido.

CAPITULO X

Induccion electrodinámica EFINICIONES. - Hemos llamado induccion electrostática ó influencia, la accion que ejercen á distancia los cuerpos electrizados sobre los cuerpos al estado neutro. Faraday llama corrientes de induccion ó cor_ rientes inducidas á las corrientes producidas á dlstancia en los circuitos metálicos cerrados por la influencia de las corrientes eléctricas, por los imanes poderosos ó por el magnetismo terrestre. Desde luego, segun el orígen de las corrientes inducidas, podremos distinguir: 1. º La induccion por las corrientes, induccion voltáica; 2. La induccion por los imanes, ó induccion magnética; 3. º La induccion por la tierra, ó induccion telúrica. A estos tres sistemas de induccion corresponden tres clases de corriente, que son las corrientes inducidas propiamente dt'chas; pero pueden añadirse otras dos clases. 1. º La induccion producida por las des-cargas de botellas de Leyden ó de baterias eléctricas, llamada leyde eléctrica. La induccion de una corriente voltáica 2. º sobre su propio circuito, ó self-induccion (in0

duccion propia), la cual engendra las extracorrientes. lNDUCCION VOLTÁICA. -EXPERIMENTOS.-Al engendrarse una corriente inducida en un circuito cerrado bajo la influencia de otra corriente, ésta última recibe el nombre de corriente inductrt"r_. La induccion voltáica se produce en tres circunstancias distintas: 1.º Cuando principia ó termina la corriente inductriz; 2 ·. º Cuando la intensidad de la corriente inductriz aumenta ó disminuye; 3.° Cuando aumenta ó disminuye tambien la distancia de la corriente inductriz. PROCEDIMIENTo.-Se toma una bobina de dos hilos (fig. 183), compuesta de un cilindro de carton ó de madera al cual está enrollado en espiral un hilo grueso de cobre primero, y luego un hilo más fino, cubiertos ambos de seda ó de algodon. El hilo grueso da sólo un reducido número de vueltas, y termina en dos bornes c y d, fijos á la tabla-soporte de la bobina, al paso que el hilo fino, enrollado encima del primero da un gran número de vueltas y termina en los dos bornes a y b. Puestos éstos en comunicacion con un galvanómetro, al borne d se fija uno de los reóforos de una p¡la, y tomando el otro reóforo con

502

la mano, se le pone en contacto con el otro borne c, con lo cual se hace pasar la corriente solamente por el hilo grueso. Los fenómenos que con esto se observan son los siguientes: 1. Así que pasa la coriente, el galvanómetrn indica en el hilo fino una corriente inversa á la del primero, esto es, de sentido contrario. Esta corriente es instantánea, es decir, que sólo dura un instante, puesto que la aguja vuelve inmediatamente á cero, y permanece en él durante el paso d'e la corriente inductriz por el hilo grueso. 2. Al interrumpir la corriente inductriz, se produce en el hilo fino una corriente inducida, instantánea como la primera, pero directa, es decir, de igual sentido que la corriente inductriz. Segundo procedimiento.-Se toma una bo- ·· bina hueca B, de un solo hilo largo y fino (fig. 184) y otra bobina A, que pueda introducirse en la primera, de un solo hilo tambien, pero grueso y corto. Recorrida la bobina A por una corriente continua, si se la introduce bruscamente en la bobina B, un galvanómetro que se una á esta última indicará, por el sentido de su desviacion, la prodúccion inmediata de una corriente inversa en la bobina grande; corriente que será instantánea, por volver la aguja á cero y permanecer en él todo el tiempo que la bobina menor esté dentro de la mayor. Al sacarla rápidamente, el galvanómetro acusa una corriente inducida directa en el hilo fino. Observacion.-Si en vez de introducir ó de sacar.bruscamente la bobina de hilo grueso, se la aproxima ó se la aleja lentamente, el galvanómetro indicará una débil corriente, tanto' más débil cuanto más lento sea el movimiento, es decir, cuanto mayor sea la duracion de la accion inducente. Tercer procedimiento.-Si en vez de variar la distancia de la corriente inductriz, se hace variar su intensidad, aumentando ó disminuyendo la resistencia de su circuito, se producirá entonces en el hilo fino una corriente inducida instantánea, que será inversa al aumentar la intensidad de la corriente inductriz, y directa st ésta disminuye. Estos distintos casos de la induccion voltáica están resumidos en el cuadro siguiente: 0

I•

FÍSICA INDUSTRIAL CORRIENTE INDUCTRIZ.

Corriente in.

Principia. !Se -aproxima. 1Aumenta. Persiste. Permanece estable. Permanece constante. Cesa. Se aleja. Disminuye.

Inversa, Nula. Directa.

ducida.

LEY DE LENZ. - El segundo caso de la induccion está comprendido en la ley general siguiente, descubierta por Lenz: Cuando una corrt'ente se aproxima ó se aleja de un circui'to cerrado, desarrolla en él una corriente inducida dirigida de tal modo que, obrando conforme á las leyes de la electro-dinámica sobre la corriente inductrir_, imprime á esta un movimiento inverso al movimiento inductor. La misma ley se representa con más sencillez diciendo: La induccion voltáica por desplaq_amiento d{ficulta el movimiento que la produce. lNDUCCION MAGNÉTICA Ó MAGNETO-ELECTRICA. - Hemos visto que la influencia de una corriente imanta un barrote de acero; recíprocamente un iman puede engendrar, en circuitos metálicos, corrientes de induccion. Demuestra Faraday este fenómeno en una bobina hueca de un solo hilo de 200 á 300 metros, fija á una tabla-soporte (fig. 185); los dos cabos del hilo terminan en dos bornes, de donde salen igualmente los dos hilos de cobre que establecen la comunicacion con un galvanómetro. Introduciendo bruscamente un barrote imantado en la bobina, se observan en el galvanómetro los fenómenos siguientes: 1. º En el instante de introducir el barrote pasa por el hilo una corriente inducida instantánea; corriente que es inversa, es decir, de sentido contrario á las ·corrientes de Ampere que podemos imaginar pasan por el iman. Al retirar el barrote, la aguja del galvanómetro indica una corriente inducida directa. 2. º Se introduce en la bobina de un solo hilo un barrote de hierro dulce y se le aproxima bruscamente un fuerte iman: entonces la aguja del galvanómetro se desvía, vuelve á cero en el momento en que queda fijo el iman, y se desvía en sentido contrario al alejarle. Desde luego, habrá habido dos corrientes inducidas instantáneas, producidas suce- . sivamente por la imantacion del alma de hierro dulce, bajo la influencia del barrote imantado, inversa la una y directa la otra.

INDUCCION ELECTRODINAMICA

3. º Tambien se obtienen corrientes inducid~s en el hilo de · un electro-iman, si enfrente qe sus polos se hace girar rápidamente un grueso barrote imantado, de modo que se produzca una imantacion creciente ó decreciente en los polos de dicho electro-iman. Estas variaciones de magnetismo pueden resolverse tambien haciendo girar rápidamente una placa de hierro dulce enfrente de los polos de un iman permanente de herradura; imantándose el hierro dulce por influencia, reacciona sobre el iman, y si en cada brazo se coloca una bobina, se producirán corrientes inducidas sucesivamente de sentido contrario. En resúmen 1 las corrientes inducidas mag. néticas se producen por tres procedimientos análogos á los de la induccion voltáica, que se comprenden tambien en el mismo cuadro anterior. Observaciones. - 1. ª La ind:uccion por los imanes confirma la teoría de Ampere sobre el magnetismo, por cuanto, siendo los imanes verdaderos solenoides, todos los experimentos citados se explican por la induccion de las corrientes que recorren la superficie de los imanes, y la induccion por los imanes resulta ser un caso particular de la induccion por las corrientes. 2. La ley de Lenz se aplica igualmente á la induccion magnética; la induccion magnética por desplar_amt'ento dificulta el movimiento que la produce. MAGNETISMO DE ARAGO Ó MAGNETISMO DE ROTAClON. - Arago observó en 1824 que el número de oscilaciones que da una aguja imantada, en tiempos iguales, al desviarla de su posicion de equilibrio, disminuye por la proximidad de ciertas masas metálicas; por ejemplo, una masa de cobre rojo, convenientemente situada puede reducir el número de oscilaciones de 300 á 4. Esta misma observacion le condujo á descubrir un.. fenómeno de influencia análogo; el de la accion rotativa que un disco de cobre en movimiento ejerce sobre una aguja imantada. Expert'mento de Arago. - Este fenómeno se demuestra por medio de un disco de cobre rojo M, móvil alrededor de un eje vertical (fig. 186). Este eje tiene una polea B, á la cual se arrolla una cuerda sin fin que pasa 0

tambien por otra polea mayor A. Haciendo girar esta á mano se imprime un movimiento de rotacion rápido al disco M. Encima de este hay un vidrio fijo con un pivote en su centro que sostierre una aguja imantada a b. Si el disco _g ira con movimiento lento y uniforme, la aguja se desvía en sentido del movimiento y permanece estable entre 20 ó 30 grados del meridiano magnético. Si esta velocidad aumenta, la aguja llega á desviarse á veces de más de 90 grados; ~n cuyo caso efectúa una revolucion completa y sigue el movimiento del disco hasta que se para éste. Circunstancias que influyen en este jenómeno: - El efecto producido decrece á medidá que la aguja se aleja del disco y varía segun la naturaleza de éste. El máximo se verifica empleando los metales; con la madera, el vidrio y el agua el efecto es nulo. Se debilita este efecto si presenta el disco soluciones de continuidad, particularmente en sentido de sus radios; mas, recobra sensiblemente su misma intensidad soldando las soluciones de continuidad que tenga, con un metal cualquiera. ,,, Arago se limitó á indicar el fenómeno sin explicar las causas; no así Faraday, que demuestra que se deben á corrientes de induccion desarrolladas en los discos por influencia de la aguja imantada. INDUCCION TELÚRICA. - Segun Faraday, el magnetismo terrestre desarrolla corrientes inducidas en circuitos metálicos en movimiento. La tierra obra, ya como un iinan central poderoso dirigido paralelamente á la aguja de inclinacion, ya como un circuito de corrientes elétricas, dirigidas de este á oeste, paralelamente al ecuador magnético. Expert'mento de Ampere. -Ampere colocaba una hélice muy larga de alambre de cobre cubierta de seda en el plano del meridiano magnético, paralelamente á la aguja de inclinacion; hacia girar esta hélice de 180 grados al rededor de un eje que la atravesaba por su centro y observaba que á cada semi-revolucion, un galvanómetro que comunicaba con los dos cabos de la hélice, acusaba el paso de una corriente. Expert'mento de Deler_enne.-Demostró Delezenne la induccion telúrica empleando el siguiente aparato, conocido con el nombre

FÍSICA INDUSTRIAL de aro ó anillo de Deler_enne (fig. 187). Consta de un aro de madera R S, de un metro de diámetro aproximadamente, fijo á un eje o a, susceptible-de imprimirle un movimiento de rotacion más ó ménos rápido por medio de un manubrio M. El eje o a está apoyado en un marco P Q, móvil tambien al rededor de un eje horizontal. Por medio de unas agujas fijas en sus dos ejes, el primer circuito graduado b indica la oblicuidad del marco P Q, y, por consiguiente, la ihclinacion del eje o a sobre el horizonte, y el segundo círculo graduado e señala el desplazamiento angular imprimido al aro. Al rededor de éste está arrollado un hilo de cobre cubierto de seda, cuyos dos extremos van á parar á los dos anillos metálicos de una pieza a, llamada conmutador, que mantiene la corriente en el mismo sentido, á · pesar de que su direccion cambie á cada semi-revolucion del aro. Por último, en los anillos del conmutador a poyan dos placas de laton que transmiten la corriente á dos hilos puestos en comunicacion con un galvanómetro. Colocado el eje o a en direccion del meridiano magnético, y el aro R S perpendicular á la direccion X Y de la aguja de inclinacion, si se le imprime un movimiento de rotacion lento, la aguja del galvanómetro se desvía, y el ángulo de desviacion indica el paso de una corriente inducida por el hilo que rodea el aro, esta desviacion aumenta hasta una rotacían de 90 grados; disminuye luego y es nula así que el aro haya dado una semi-evolucion. Si el movimiento continua, reaparece la corriente, pero en sentido contrario, alcanzando su máximo á 90 X 3 270 grados, y vuelve á ser nula al ejecutar una vuelta completa. Si el eje o a es paralelo á la aguja de inclinacion, no se produce ninguna corriente. lNDUCCION LEYDEN-ELÉCTRICA.-La electricidad estática desarrolla igualmente fenómenos de induccion, que reciben el nombre de induccion leyden-eléctrt'ca, por demostrarse por medio de la descarga de la botella de Leyden. El aparato •que se emplea es el de Matteucci. Aparato de Matteucci.-Se compone de dos platos de vidrio de 33 centímetros de diámetro, contenidos en unos marcos de laton ó de ebonita A y B (fig. 188), sostenidos por unos

piés ó soportes móviles fáciles de aproximar uno á otro. En la cara anterior del plato A está arrollado, en espiral, un hilo de cobre C, de un milímetro de diámetro y de 30 metros de largo. Los dos extremos de este hilo pasan á través del plato, el uno por el centro y el otro por la parte superior, terminando e11 dos pinzas, semejantes á las representadas en m y en n, en el plato B. Estas pinzas cogen dos hilos 'de cobre e y d cubiertos de seda, y destinados á recibir la corriente inductriz. En la cara del plato B, enfrente de A, se enrolla en espiral un hilo de cobre, más fino que el hilo C. Sus extremos terminan en las pinzas m y n, que reciben dos hilos h é i, destinados á transmitir la corriente inducida. Los hilos enrollados á los platos A y B, están cubiertos de seda, y cada circuito está aislado del siguiente por una gruesa capa de barniz de goma laca, á causa de la gran tension de la descarga que debe atravesarles. Se pone uno de los extremos del hilo C en comunicacion con la armadura exterior de la botella y el otro con el gancho de la misma; al producirse la chispa, la electricidad que pasa por el hilo C obra por influencia sobre la electricidad neutra del hilo arrollado del plato B, engendrándose una corriente instantánea en este hilo. Cualquiera puede demostrar este fenómeno cogiendo con las manos dos cilindro.s de cobre puestos en comunicacion con los hilos i é h, en cuyo instante recibe una conmocion cuya intensidad es tanto más fuerte cuanto más aproximados estén los platos. lNDUCCION DE UNA CORRIENTE SOBRE SÍ MISMA: EXTRA-CORRIENTE.-Al abrir un circuito recorrido por una corriente, se obtiene, en general, una chispa apenas sensible si el hilo que une los dos polos es corto. Si el operador se coloca en el circuito tomando un electrodo con cada mano, no siente ningunaconmocion, á menos de ser la corriente muy intensa. Si el hilo es largo, y está, además, arrollado muchas veces sobre sí mismo, formando una bobina de espirales muy apretadas, la chispa de abertura adquiere una gran intensidad, y se siente entonces una conmocion tanto más fuerte cuanto mayor sea el número de espirales. Explica Faraday este refuerzo de la corriente, en el momento de la ruptura, por una

INDUC:CION ELECTRODlNAMICA

accion inductriz que ejerce la corriente en cada espiral contigua, resultando de ello una corriente inducida directa que se sobrepone á la corriente terminal. El cierre del circuito produce igualmente una corriente inducida, pero inversa. Estas corrientes inducidas por la corriente principal sobre su propio circuito (self-inducct'o1J) se conocen con el nombre de extra-corrientes. EXPERIMENTOS DE F ARADA Y. - Extra-corrientes de abertura.-Los reóforos de una pila E E' están unidos á unos bornes D y E (fig. 189) en los cuales terminan los extremos de una bobina de hilo fino B. En el trayecto de los hilos, de los puntos A y C parten otros dos hilos que comunican con un galvanómetro G. Por lo tanto, la corriente que sale del polo E se bifurca en A en dos corrientes, la una que atraviesa el galvanómetro, y la otra la bobina, para volver ambas al polo negativo E'. Cuando pasa la corriente, la aguja se desvía de G á a' de un modo contínuo; se principia por llevarla á cero, en donde se la retiene con un paro ó tope que la impida de.girar en sentido de G a' quedando libre por el lado opuesto. Si se rompe el circuito en E, se observa que, la aguja lanzada instantáneamente en sentido de G a, lo cual demuestra que por el galvanómetro ha pasado una corriente directa. En efecto, por haber cesadp la corriente de la pila, el solo circuito cerrado que persiste es el circuito A F B D CA, y puesto que por la parte C A ha pasado una corriente de C á A, es necesario que recorra todo el circuito en sentido de A F B D C, es decir, en el mismo sentido que la corriente principal. La corriente que así se presenta fuera del circuito princi. pal está perfectamente bien definida llamándola extra-corriente. Extra-corriente de ct'erre.-Con el mismo aparato demuestra Faraday la existencia de la extracorriente de cierre, la cual es inversa con relacion á la corriente principal. Propiedades de las extra-corrientes.-Por lo que se ve, las dos extra-corrientes son verdaderas corrientes inducidas, con sus mismas propiedades. La extra-corriente de abertura, de igual sentido que la corriente principal, se suma á ésta y aumenta la chispa de ruptura; por lo contrario, la extra-corriente de cierre, FÍSICA JND.

~nversa de la corriente principal, disminuye la intensidad de ésta y destruye la chispa en el momento del cierre: Leyes de las corrientes de induccion.

REóTRoPos.-.La intensidad de las corrientes de induccion depende de las circunstancias en que se engendran, como son la extension y la distancia de los circuitos que accionan, su resistencia, la intensidad y la naturaleza de la corriente inductriz, etc. En los experimentos que con este objeto se practican, es necesario á veces interru.mpir y restablecer rápidamente la corriente inductiva, de hacer accionar solamente una de las dos corrientes inducidas sucesivas, interceptando la otra, ó bien de invertir esta· última, para obtener, en una parte del circuito inducido, corrientes de igual sentido siempre. Para ello se han imaginado varios aparatos, llamados conmutadores, disyuntores, taquitropos, girotropos, y reo tropos. Describiremos dos de estos a para tos. Reótropo de Masson y Breguet.-Consta (fig.19o)decirrcoruedasmetálicasa,b,c,d, r, provistas de muescas iguales llenas de madera fijas á un solo árbol giratorio, y aisladas entre sí. La rueda r sirve únicamente para interrumpir la corriente de la pila P. El hilo que une los polos de esta pila está arrollado en la bobina B, junto con el hilo inducido xy. Las otras cuatro ruedas a, b, c, d, están sujetas al árbol giratorio, de modo que los dientes de madera -de las ruedas extremas se encuentren enfrente de los dientes metálicos de las del medio. El extremo x del tilo inducido está fijo á una hoja de metal m n que tiene dos resortes, _m a, n c, que comprimen el lado de las ruedas a, c,· el extremo y está unido á otra hoja, m' n', cuyos resortes m' b, n' d, comprimen _las ruedas b, d. En los contornos de las ruedas apoyan otros cuatro resortes fijos á unas placas de metal p, p, y están dispuestos de modo que los de las ruedas a y d apoyan sobre metal cuando los de las ruedas b y c apoyan en madera y vice-versa,· á las placas p, p, están fijos los extremos de la parte M del circuito por donde se quiera que las corrientes inducidas marchen en el mismo sentido, durante la rotacion del sistema. T. 11.-64

506

FÍSICA INDUSTRIAL

Supongamos que la corriente inducida parta de x cuando se cierre el circuito inductor, y que los resortes de las ruedas a y d a poyen en el metal, en cuyo caso los resortes de las ruedas b, e, tocarán la madera. La corriente seguirá la direccion de las flechas, pasará por la rueda a, y volverá al hilo y por la rueda d. Si las ruedas han avanzado de un diente, la corriente inductriz se interrumpirá en r, y la corriente inducida cambiará de sentido en x y. Desde luego, saldrá de y, y seguirá la direccion de las flechas, pasando por las ruedas b, e; por cuanto los resortes que antes tocaban dientes de metal se apoyan en la actualidad en madera y recíprocamente, y el sentido de la corriente permanecerá el misino en M. Reótropo de vft'."artmann.-Este aparato se presta á todas las combinaciones. Tres ruedas metálicas R, S, T (fig. 191), cuyo contorno tiene doce muescas ocupadas con cuñas de madera, están fijas á un árbol metálico que comunica con la rueda R y está comprimido por el resorte g. Las otras dos ruedas, separadas del árbol por unos cilindros de marfil, llevan unas virolas de cobre en las cuales apoyan los resortes e y h. Estos tres resortes e, h y g comunican con tres cubos de metal provistos de agujeros. Por último, los resortes pareados opuestos t, t'; s, s'; r, r', ejercen presion en los contornos de las ruedas, presion que se gradua por medio c1e tornillos. La longitud de estos resortes se gradua de modo que el que está enfrente apoye en madera y el opuesto apoye en metal. Las cabezas de los tornillos que fijan la parte inferior dé los resortes, tienen unos agujeros para recibir hilos metálicos. Las partes de madera de la rueda del centro alternan con las partes metálicas de las otras dos ruedas. Sea B la bobina de ·induccion y/, f' los hilos de la pila. La rueda R servirá para interrumpir la corriente inductriz, por comunicar el hilo/ B o, por el árbol y el resorte g, con esta rueda. Para conservar las corrientes directas en el circuito inducido, se harán comunicar los extremos x é y de este circuito, con los resortes e y s, de modo que quedará interrumpido en a. en el instante en que el resorte r toque al metal, y se producirá una corriente inducida inversa; al paso que se

abrirá dicho circuito en el momento de producirse la corriente directa. Si solo se quiere conservar las corrientes inversas, se hará comunicar x é y con los resortes h y t,y el circuito inducido se cerrará al mismo tiempo que la corriente inductriz. Podrán utilizarse tambien los resortes e y s, en cuyo caso se hace subir el resortes de modo que toque metal al mismo tiempo que el resorte r; en este caso el aparato podrá constar de solo dos ruedas. Si se quiere, por último, que las corrientes inducidas de sentido opuesto recorran siempre en el mismo sentido un hilo M, S€ pondrá uno de los extremos de este hilo en comunicacion con los resortes s y t, y el otro, con los resortes opuestos s', t'; los extremos x, y del hilo de la bobina comunicarán con -los resortes e y h. Supongamos que el inducido inverso engendrado en el instante en que el resorte r llega al metal, salga de la bobina por x; esta corriente s_e guirá por h T t, recorrerá el hilo M en sentido de la flecha, luego el resortes' opuesto á s'(este resortes' apoya en metal mientras s apoya en made1:a), atravesará la rueda S, y por último el resorte e con el cual comunica y. Si la corriente inducida cambia de sentido y sale por y, probará que la corriente inductriz está interrumpida, por tocar el resorte r .un <iiende de madera. Entonces la corriente sigue por e S s, por apoyar sen metal, recorre el hilo M, el resorte t', pasa por T, y por el resorte h, en sentido de las flechas de puntos. COMPARACION DE L,AS CORRIENTES INDUCIDAS

POR -sus VARIOS EFECTos.-Evalua ba Henry las intensidades de las corrientes de induccion por la conmocion que producian, por la chispa, por la~ acciones químicas, por la_ desviacion de la aguja del reómetro, y tambien por la imantacion de una aguja de acero contenida en una hélice que formase parte del circuito inducido. Así, observó que las intensidades están sometidas á leyes distintas, segun el procedimiento empleado. Por ejemplo, lanzada la corriente de un par de un modo interminante por una espiral, las corrientes inducidas en otra espiral formada por una hoja de cobre de 18 metros de largo, daban conmociones muy débiles, y sin embargo producian chispas, descomponían el agua, é imi;.ntaban una

INDUCCION ELECTRODINAMICA

aguja de acero. Sustituida la espiral inducida por otra formada por un hilo de 2,422 metros las chispas fueron mucho más débiles, no se produjo imantacio.n, ni descomposiciones químicas, pero las conmociones fueron tan fuer~es que pudieron 66 personas experimentarlas al mismo tiempo. Por lo demás, existe un máximo de longitud de hilo inducido, tanto más alto cuanto más grueso sea dicho hilo, más allá del cual se van debilitando· las conmociones. Para explicar las diferencias de intensidad en los varios efectos, observaremos que la accion inductriz total, ó la cantidad de electricidad puesta en movimienlo en el circ1,1.ito inducido, permanece la misma para variaciones iguales de distancia ó de cantidad de corriente inductriz. Si, pues, la variacion se hace con más rapidez, la misma cantidad q de electricidad atravesará el circuito inducido en un tiempo más corto t, y su tension I ó la fuerr_a electro-motri1 será mayor, p.u esto que q t I. Cierto$ efectos, como son la chispa, la desviacion de la aguja y las acciones químicas, dependen de la cantidad; mientras que otros, corno la irnantacion y la conmoción, dependen de la tension, y por consiguiente de la rapidez del paso. lNDUCClON POR LAS CORRIENTES INSTANTÁNEAS.~ Las corrientes inducidas producidas por el cierre y la ruptura de una corriente inductiva, siendo de signo contrario, falta conocer que tendría lugar si la corriente inductriz . cesare inmediatamente una vez iniciada, es decir, si fuese instantánea. Para conocerlo tomaba primero Henry, como corrientes inductrices, corrientes inducidas de insensible duracion, y luego la descarga de la botella de Leyden. · CORRIENTES INDUCIDAS DE VARIAS ÓRDENES.Disponia Henry cierto número de espirales del modo siguiente: la espiral a (fig. 192) recibe la corriente inductiva que sale de la pila, á la cual se llama corriente de primer órden. Cerca de la espiral a se coloca otra b, en la cual, al salir la corriente inductiva de a, desarrolla una corriente inducida llamada de segundo órden, ó corriente inducida primaria. Esta corriente inducida instantánea recorre la espiral c, y desarrolla en la hélice d otra corriente inducida, llamada corriente de tercer

órden, ó inducido secundario. Esta rewrre á su vez la hélice m, acciona sobre la espiral n, desarrollando en ella una corriente de cuarto órden ó inducido terciario, y así siguiendo. La imantacion de una aguja de acero por una hélice e permite estudiar el sentido · y la. intensidad de las corrientes inducidas de yarios órdenes; mas, estas corrientes, á partir del inducido secundario, no desvian absolutamente la aguja del reómetro y no producen tampoco acciones químicas. Lallernand observó con su balanza electro-dinámica (figura 193) que dos espirales atravesadas por la corriente de tercer órden accionan viva, mente una sobre otra. Segun Henry las corrientes inducidas por corrientes inducidas, producen la imantacion de una agufa de acero, como si fuesen de sentido contrario á estas últimas. Por-ejemplo, la corriente inducida primaria excitada en b c, por el cierre del inductor p p' a, siendo negativa, el inducido secundario en d m obra como si fuese positivo, el inducido terciario en ne, como si fuese negativo, y así siguiendo. Las corrientes inducidas poseen todas las propiedades de las corrientes voltáicas. Corno éstas, producen efectos fisiológicos, lurnino.sos, caloríficos,. químicos, y tambien engendran nuevas corrientes inducidas. Desvian la aguja de los gálvanómetros é imantan los barrotes de acero, haciéndolos pasar por un hilo de cobre arrollado alrededor de estos barrotes . La corriente directa y la corriente inversa no son idénticas, pues, bajo el punto de vista . de sus efectos, presentan diferencias que se resumen en la ley siguiente: Las dos corrientes inducidas sucesivas, inversa y directa, son iguales en cantt'dad y desiguales en tension. Esto quiere decir que sus efectos de cantidad, es decir, los que dependen de la cantidad de electricidad que circula, durante un tiempo dado, son idénticos, al paso que sus efectos de tension, es decir, los que dependen de la tension, ó de la diferencia de potenciales en los dos extremos del circuito inducido, son más ó menos diferentes. Los aparatos que se emplean para medir la cantidad son el galvanómetro y el voltámetro. Siempre que se ponga en un circuito un

FÍSICA INDUSTRIAL

galvanómetro que reciba sucesivamente las diámetro, y ya sabemos que las corrientes in dos corrientes de un modo contínuo, no ha- ducidas inversas no producen conmociones, brá desviacion. Al hacerlas pasar por un vol- mientras que las corrientes directas las protámetro, si los electrodos son pequeños, se ducen más ó menos fuertes. Cuando se hace pasar una série de corrienproduce en cada uno de ellos hidrógeno y oxígeno, en la proporcion de mezcla deto- tes inducidas, inversas y directas, al rededor de una aguja de acero, se observa .que la imannante. Estas corrientes se presentan muy distintas tacion producida se debe á la corriente directa cuando deban vencer resistencias. Así, en ge- y no á la corriente inversa. Lo mismo sucede con las chispas; las corneral, no será capaz una corriente de producir una conmocion .cüás que en el caso en que rientes directas las producen en las mismas pueda vencer una resistencia de 90 kilógra- circunstancias en que las corrientes inversas mos de alambre de cobre de 1 milímetro cle no las produzcan .

CAPÍTULO XI Aplicacion de la induccion Voltáica.-Bobina de Ruhmkorff

OBINA DE INDUCCION DE RUHMKORFF.

sobre uri cilindro hueco de madera ó de car-Construyó Ruhmkorff por pri- ton, que forma el alma de la bobina. Todo mera vez, en 1851, bobinas de está contenido en un cilindro de vidrio ó de , dos hilos, de dimensio1feS muy cauchú aislador, al cual se arrolla el hilo fino, grandes, que constituyen verda- que es el hilo inducido. La longitud de este deras máquinas de corrientes in- hilo varia segun las dimensiones de las bobiducidas voltáicas, y engendran nas; en las grandes podrá tener 120,000 mecorrientes de induccion voltáica tros de largo, en cuyo caso su diámetro es cuyos efectos físicos, químicos y fisiológicos 1 equivalen, y aun son superiores, á los de las menor que en las bobinas pequeñas: - 5- de máquinas eléctricas y-las baterias más pode1 milímetro en vez de - - . Aumentando la lonrosas. 3 Descripcion. - Las dimensiones de estos a pa- gitud del hilo fino, la corriente inducida adra tos son muy variables; los mayores cons- quiere mayor tension; aumentado el diámetro, truidos por Ruhmkorff tienen hasta 65 centí- la corriente inducida gana en cantidad. metros de largo y 24 centímetros de diámetro. Interruptor de marti'llo.-Existen varios Sus órganos esenciales son: dos circuitos cer- modelos de interruptores; pero el más sencillo rados ó bobinas y un interruptor. es el interruptor de martillo (fig. 195). Se Bobinas. -Las constituyen dos circuitos compone principalmente de una pieza de cerrados; de hilo grueso el uno de 2 á 2'5 mi- hierro móvil o, ó martillo, que oscila entre límetros de diámetro, y de liilo fino el otro, un electro-iman A, que le atrae de un modo de un cuarto ó de un tercio de milímetro. Es- intermitente, y una pieza h, llamada ynnque, tos hilos son de cobre rojo y están cubiertos sobre el cual cae por su propio peso. El elecde seda; además, cada espiral está aislada de tro-imau A está constituido por un haz de la siguiente por una capa de goma laca fun- hilos de hierro dulce, formando en conjunto dida (fig. 194). La bobina de hilo grueso es la un cilindro algo más largo que la bobina, que constituye el circuito inductor, por el imantado intermitentemente por la corriente cual pasa la corriente de la pila; su longitud inductriz. es de 40 á 50 metros y se le arrolla el primero Funcionamiento del aparato.-Para hacer

510

FÍSICA INDUSTRIAL

marchar bobinas pequeñas, de 30 á 35 centímetros de largo, se necesitan tres ó cuatro elementos Bunsen de gran modelo; para l_as grandes bobinas, Ruhmkorff estima que debe tomarse una superficie de pila cuatro veces mayor que para las pequeñas. La corriente de la pila llega por el hilo P á un borne a (fig. 194), de éste pasa al conmutador C (pieza accesoria que describiremos despues), luego al borne b, desde el cual penetra en la bobina de hilo grueso. Sale de ella por el hilos (fig. 195) para pasar al interruptor. Siguiendo la direccion de las flechas, se observa que la corriente sube al borne i, va al martillo o, baja por el yunque h, y vuelve al conmutador C por una hoja ·de cobre rojo K- (fig . 194), desde la cual pasa al borne e, y por último al polo negativo de la pila por el hilo N. La corriente inductiva ya sabemos que obra solamente cuando principia ó cuando acaba; por lo tanto, es necesario que se interrumpa constantemente esta corriente, cuyas interrupciones se verifican por medio del martillo oscilante o (fig . 195). Así es en efecto: el grupo A de hilos se imanta al pasar la corriente por el hilo grueso y atrae el martillo o; más , como cesa al instante el contacto entre o y h, queda interrumpida la corriente, cesa la imantacion y cae nuevamente el martillo; pasando otra vez la corriente, se repiten los mismos fenómenos de atraccion y de repul-· sion que antes, produciendo una oscilacion rápida del martillo, que abre y cierra repetidamente el circuito; á cada oscilacion se producen en el hilo fino dos corrientes de induccion sucesivamente directa é inversa. Estas corrientes tienen tanta mayor tension cuanto más resistente sea la bobina inducida. Es muy fácil comprobar que las dos corrientes son iguales en cantidad, y que la corriente directa tiene mayor tension que la corriente inversa, por cuanto, si colocamos un galvanómetro en el circuito de la bobina inducida, no observaremos ninguna desviacion. Ya no sucede lo mismo si separamos los dos extremos P y P ' del hilo inducido (fig . 1g4) puesto que, oponiéndose entonces la resistencia del aire al paso de las corrientes, la de mayor tension, es decir, la corriente directa, es la que pasa en exceso, y cuanto mayor sea

la distancia de P á P', mayor será la tendencia de la corriente directa en pasar sola, hasta un límite en el cual no pasen· ya ni la corriente inversa ni la corriente directa. En este último caso se producen de P á P' tensiones electrostáticas alternativamente de sentido contrario. R eóforos de la bobina.-Los hilos que salen de la bobina por O y O ' (fig. 19i:,) son los dos cabos del hilo fino, que comunican con los dos hilos más gruesos P y P '; sirven para tomar la corriente inducida y dirigirla á donde se quiera, y constituyen los reóforos de la bobina. ÜRGANOS ACCESORIOS. - Condensador. -Fizean aumenta considerablemente la tension de las corrientes inducidas interponiendo en el circuito inductor un condensador múltiplo, compuesto de hojas de estaño sobrepuestas y aisladas unas de otras por hojas de papel fuerte v (fig. 196), más anchas que el estaño, y mojadas con una disolucion de resina. Estas hoj as de estaño sobresalen de dos en dos del papel; por un lado en e, e' , e" ... etc. y por el otro en s, s', s'' ... etc.; los estaños impares están unidos por una grapa y constituyen una armadura del condensador, y los pares forman la otra arIL.adura. En las grandes bobinas, la superficie de cada armadura alcanza así unos 20 metros cuadrados. Una de ellas está en cornunicacion con el borne i, que recibe la corriente al salir de la bobina, y la otra está en comunicacion con el borne m, que, por medio de la hoja K, está unida al conmutador C, y á la pila. Todo el condensador está contenido en el zócalo de madera que soporta la bobina. Para que se comprenda el efecto del condensador, recordemos que á cada interrupcion de la corriente inductiva se produce una extra-corriente directa que la continua en cierto modo, prolonga su duracion y, por consiguiente, rebaja la tension de la corriénte inducida de abertura. Cuando el condensador está intercalado en el circuito inductor, esta extra-corriente carga el condensador de electricidad positiv a e.n la armadura que comunica con i, y de electricidad negativa en la armadur_a que comunica con m. Como estas electricidades contrarias se recombinan inmediatamente por el hilo grueso, la pila y el cir

BOBINA DE RUHMKORFF

cuito C K m, que unen las dos _?.rmaduras, engendran una corriente contraria á la de la pila, la cual desimanta instantáneamente el haz de hierro dulce; así la corriente inducida dura menos, y por lo mismo es más intensa. Los tornes m é i situados al extremo de la tabla-soporte sirven para recibir la extra-corriente. Conmutador . de Ruhmkorjf. -El aparato lleva un pequeño conmutador de mano que permite cambiar la corriente inductriz según sea el sentido de la misma, en la bobina de igual naturaleza ó interrumpirla bruscamente. Este órgano está representado en seccion horizontal en la fig. 197. Es todo él de cobre, excepto el alma central A, que es un cilindro de boj. ·A ambos lados están fijos dos contactos de cobre C, C', en los cuales apoyan dos hojas elásticas de latan, ligadas á los dos bornes a y e, que reciben los reóforos de la pila: La corriente de ésta llega á a, sube por C; de ésta, por un tornillo y, pasa al borne by á la bobina; luego, volviendo por la hoja K, que comunica con el martillo, Uega la corriente á C' por el tornillo x, baja á e y vuelve á la pila por el hilo N. Si por medio del botan m se hace girar el conmutador de 180 grados, se verificará lo contrario de cuanto se acaba de expresar: la corriente va entonces al martillo por la hoja K y sale por b. Si sólo se le hace girar de 90 grados, ya no apoyarán las hojas elásticas en los contactosC, C', sino en el cilindro de boj A, y quedará interrumpida la corriente. INTERRUPTOR DE- MERCURIO DÉ FoUCALT.-

Cuando se emplean grandes bobinas, no basta el interruptor de martillo oscilante, en atencion á que las superficies de contacto se caiientan hasta el punto de soldarse. Por esto sustituye Foucalt el interruptor de martillo por un interruptor de mercurio, que no presenta este inconveniente, y ofrece un perfeccionamiento muy importante en la bobina de Ruhmkorff. Este aparato se compone de dos vasos de vidrio u y v que contienen mercurio, cubierto eón una capa de alcohol (fig. 198). En estos vasos están sumergidas dos espigas de platino e y d fijas al mismo brazo de una balanza A B, cuyo otro brazo lleva una armadura de hierro dulce A, solicitada por un electro-iman E.

511

La balanza A B está sostenida -por una espiga .!, montada en una hoja eiástica de acero, susceptible de oscilar libremente á derecha y á izquierda, transmitiendo - su movimiento á la balanza y á las espigas e y d. Por último, tanto la hoja como la balanza pueden subir más ó menos por medio de una cremallera y de un piñon, y el todo está montado sobre una tabla de madera con dos conmutadores de mano y con distintos conductores. Al principio, las espigas de platino se sumergen en el mercurio, y se hace llegar por el hilo p, al conmutador correspondiente, la corriente de una pequeña pila auxiliar, distinta de la que produce la corriente inductiva. La corriente se dirige al vaso n, á la b:alanza B A, la hoja de acero, y de ésta al hilo del electro-iman, desde el cual vuelve al mismo conmutador, y por último á la pila por el hilo r. Atraída entonces A, la hoja oscila hacia ésta, las espigas e y d dejan de estar en contacto ·con el mercurio y, no pasando ya la corriente, el electro-iman permanece inactivo. La hoja elástica oscila inmediatamente en sentido contrario, las espigas de platino bajan y la ~orriente pasa nuevamente. Estos mismos efectos se reproducen con una rapidez de 50 . á 60 oscilaciones por segundo, cuya velocidad se retarda ó acelera, subiendo ó bajando una masa o que corre á lo largo de la espiga l. Estas oscilaciones son las que se utilizan para interrumpir la corriente inductiva, la cual llega por Pal segundo co_nmutador, atra- _, viesa el vaso v, pasa por la espiga d, por la balanza, por la hoja de acero, y de ésta al hilo ~, que la conduce al hilo grueso de la bobina. Vemos con esto que caqa oscilación de la balanza A B hace salir la punta d del mercurio y produce una interrupcion en el circuito inductor. Observadones.-1. ª Los hilos m y n están en comunicacion con los bornes m y n _de la bobina (fig. 194), es decir, con las dos armaduras del condensador. 2." El alcohol no sólo impide el calentamiento producido por la chispa de ruptura, si que tambien impide la oxidacion en los puntos en donde se produce, por suprimir el contacto con el oxígeno del aire. ErncTos DELA BOBINA DE RuHMKORl'F.-Los

efectos de la bobina de Ruhmkorff pueden

5r2

FÍSICA INDUSTRIAL

compararse con los de una batería eléctrica to se dispone como representa la fig. 202. extraordinariamente poderosa. Se les puede Los dos polos de la corriente inducida codividir en efectos fisiológicos, calóríficos, quí- municando c0n los botones a y b, se unen 2,or micos, luminosos y mecánicos. medio de un hilo de cobre i, el boton a con Efectos fisiológicos.-Estos efectos son tan el conductor inferior del taladrador (análogo intensos que las conmociones de las bobinas al aparato fig. 145 - Electricidad estátt'ca), y de mediano tamaño, cuando pasa por el hilo por medio del hilo d, el polo b con el conducgrueso la corriente de un par de Bunsen, son tor sÚperior. Este está aislado dentro de un materialmente insoportables. Empleando dos grueso tubo de vidrio r llenó de goma laca parés de Bunsen se mata un coneJo, y con fundida. Entre los dos conductores se encuencierto número de pares, poco considerable, se tra la placa de vidrio V que debe taladrarse. mataría un hombre. Si esta presenta mucha resistencia, será fácil Eféctos caloríficos. - Para hacerlos eviden- que no se produzca la chispa en la bobina, tes, se interpone entre los extremos P y P' de aunque se agujeree la capa aisladora que se· un hilo inducido (fig. 194) un alambre de para los hilos,· y entonces se destruiría la bohierro muy fino, y se le ve arder y fundir, bina. Para que esto no suceda, por medio de prodµciendo una luz muy viva. los hilos c y c, se ponen los polos ·de la boEfectos luminosos. - Estos efectos son muy bina en comunicacion con dos espigas metá.:.. variados, ~egun se resuelvan á la presion or- licas horizontales, más ó menos separadas dinaria, ó en gases muy enrarecidos, 9 en va- entre sí. Entonces, si acaso no puede tampoco pores á poca tension. la chispa taladrar el vidrio, se produce ésta, En el aire, consisten en una série de á lo menos, entre m y n, y queda preservada chispas vivas y ruidosas, cuya longitud de daño la .b obina. alcanza unos 45 centímetros, empleando la Efectos quími'cos.-Becquerel y Fremy, degran bobina de 65 centímetros de largo. En muestran los efectos químicos de la bobina el aire enrarecido los efectos son más nota - de Ruhmkorff haciendo explotar las chispas . bles. Para hacer el experimento, se pon'en en entre los extre~os de dos hilos de p~atino que comunicacion los hilos P y P' de la bobina atraviesan las paredes de un tubo de vidrio con las dos espigas del huevo eléctrico ya des- lleno de aire y herméticamente cerrado. Así crito (Electriddad estátt'ca, fig. 123). Practi- se observa que el ázoey el oxígeno del aire se cado el vacío en el globo, á 1 ó 2 milímetros combinan lentamente, formando . ácido niá lo menos, se observa una rastra ó ráfaga lu- troso; mas, los efectos químicos de la chispa minosa que se rroduce de una á otra bola, de presentan el inconveniente de estar combina-. un modo muy continuo y con igual intensidad dos con efectos caloríficos y con efectos meque la obtenida con una poderosa máquina cánicos: efectos perjudiciales que des aparecen eléctrica, cuyo disco se haga girar con rapi- en la descarga silenciosa, llamada efluvio elécdez (fig. 201). La fig. 199 representa la des- trico. viacion por influencia que experimenta la luz Carga de las baterías. - Tambien puede eléctrica al aproximar la mano al globo. aplicarse la bobina de Ruhmkorfr para carEl polo positivo de la corriente inducida es gar botellas de Leyden, é igualmente baterías el que presenta mayor brillo; su luz es roja, compuestas de varias jarras. al paso que la del polo negativo es débil y EFLÚVIO-ELÉCTRICO.-Se llama así el pa-so violada: además, esta última prolonga á lo silencioso y sin calórico áparente de la eleclargo de la esp.i ga negativa, fenómeno que no tricidad á través de lin medio gaseoso. se produce de ningun modo en el _polo posiEl paso de la electricidad á través de los tivo (fig. 200). gases en forma de eflúvio, engendra reaccioEfectos mecánicos. - La bobina de Ruhm- nes químicas muy notables, que dependen korff produce efectos mecánicos tan podero- mucho de la forma bajo la cual obra la dessos que, con el aparato de 65 centímetros, carga. Berthelot ha estudiado con la mayor se taladra una masa de vidrio de 5 centíme- atencion estos efectos, y descubrió sus leyes tros de grueso. En este caso el experimen- experimentales.

BOBINA DE RUHMKORFF TUBOS DE GEISSLER.-Al hacer pasar la descarga de la bobina por tubos de vidrio que contengan un vaporó un gas muy enrarecido, la luz eléctrica que se produce presenta un aspecto muy notable. Aparece en forma de zonas alternativamente brillantes y oscuras, formando como una pila de luz entre los dos electrodos. Estos fenómenos se producen en tubos cerrad.os, de vidrio ó de cristal, ccfastruidos por primera vez por Geissler. Se introduce un gas ó un vapor en ellos, y antes de cerrarles, se hace el vacío á medio milímetro, por medio de una máquina pneumática de mercurio. A ambos extremos de los tubos se sueldan dos hilos de platino que penetran 1 á 2 centímetros en ellos. En el momento de poner en comunicacion estos hilos con los polos de la bobina de Ruhmkorff, se producen en toda la longitud de los tubos unas estrías brillantes separadas por fajas oscuras. Estas estrías va~ian de forma, de color y de brillo, segun el grado del vacío, la naturaleza del gas ó del vapor, y las dimensiones de los tubos. El fenómeno se presenta bajo un aspecto más atrayente por la florescencia que la descarga eléctrica excita en el vidrio. · La fig. 203 representa las estrías producidas por el hidrógeno, á medio milímetro de presion, en un tubo alternativamente hinchado y estrecho; si el tubo forma una séne de bolas, la luz se presenta blanca en ellas y roja. en las partes capilares. La fig. 204 representa las estrías en el ácido carbónjco á un cuarto de milímetro de presion: el color es verdoso, y las estrías ya no afectan le. misma forma que en el hidró-

FÍSICA. lND.

513

geno. En el ázoe la luz es amarillo-roja. EXPERIMENTOS DE P1üCKER. - Estudiada la luz de los tubos de Geissler por Plücker, observa que no depende de la subst;mcia de que están formados los electrodos, sino de la naturaleza del gas ó del vapor contenido en el tubo. Observa además que las luces producidas por el hidrógeno, el ázoe, el ácido carbónico, etc., difieren mucho entre sí, con relacion al espectro que forman, al hacerlas pasar á través de un prisma. APLICACION DE LA BOBINA DE RUHMKORFF. COHETE DE STATEHAM.-Stateham demuestra que, cuando un hilo de cobre A B (fig. 205) está cubierto de gutapercha sulfurada, se _forma al cabo de alg_u nos meses, debido al contacto del metal y de su envolvente, una capa de sulfuro de cobre que basta para conducir . la corriente. En efecto, si eµ una parte cualquiera del circuito se corta la mitad superior de la envolvente, y en la parte a b así formada se corta un pedazo de alambre de cobre de unos 6 milímetros de longitud, al pasar una corriente intensa por el hilo, se interrumpirá de a á b, pero pasará por el sulfuro que adhiera á la gutapercha, llevándola á la ignicion. De esto resulta que, .si en la cavidad producida se coloca un cu~rpo inflamable, como algodon-pólvora, ó pólvora, ésta se inflamará. Para producir la inflamacion por medio de una corriente voltáica se requeriría una pila muy poderosa. Si se emplea la bobina de Ruhmkorff, se obtienen los mismos efectos con solo dos pares de Bunsen. La descarga de la bobina entre los puntos a y b basta para inflamar el cohete. /

r.u.-65

CAPÍTULO XII Aplicaciones del electromagnetismo y de la induccion

MÁQUINAS Y MOTORES ELECTROMAGNÉTICOS

Se comprende con el nombre genen;.l de máquinas electro-magnéti'ca s unos aparatos que por medio de la induccion magneto-eléctrico, transforman el trabajo mecánico en magnetismo y en electricidad; segun está producida esta induccion por imanes permanentes ó por electro-imanes, las máquinas se denominan magneto-eléctricas ó dinamo-eléctricas. Tambien se las divide en máquinas de corrientes alternativas, y en máquinas de corrientes conti'nuas, segun se tomen y utilicen las corrientes inducidas tales como se produzcan, es decir, alternativamente directas é inversas, ó bien se las dirija todas en un mi'smo sentido, como una corriente voltáica, por el circuito exterior. Los motores electro-magnéticos son máquinas que, por lo contrario, transforman el magnetismo y la electricidad en trabajo mecánico. Ya veremos más adelante que esta transformacion inversa puede operarse empleando los mismos órganos que para la transformacion directa; lo cual se representa diciendo que las máquinas electro-magnéticas son reversibles. El primer aparato de esta ·clase que se ha EFINICIONES. -

construido, dándole una forma práctica, es la máquina de Clarke, y ha sido el punto de partida ó el modelo de todas las demás. MAQUINA DE CLARKE.-Máquina de Pixii. -El descubrimiento de la induccion, por Faraday, data de 1830. Desde 1832, Pixii combinó un ingenioso aparato para realizar los experimentos de Faraday, y esta fué la primera máquina magneto~eléctrica. La de Clarke no fué más que un perfeccionamiento de ésta. MAQUINA DE P1xn.-Un iman aco, en forma de herradura (fig. 206), recibe un movimiento de rotacion alrededor de un eje vertical c o, por medio de una rueda r y de un piñon dentado. Los polos del iman lamen sin tocarles, los extremos del hierro dulce de un electro-iman A B, cuyo hilo de cobre recibe las corrientes inducidas y á cuyas bobinas se da el nombre de bobinas de induccion. Al aproximarse los polos a y b del iman á los extremos c, c' del electro-iman (fig. 207), se produce una corriente inducida en el hilo de este último, inversa con relacion á las corrientes de Ampere del iman. Esta corriente aumenta de intensidad á medida que disminuye la distancia, teniendo lugar el máximo en el instante en que los polos del iman se colocan frente de los extremos c, c'. Las or-

APLICACIONES DF. LA INDUCCION

denadas .de la curva A m B representan estas variaciones de intensidad. Al alejarse luego los polos hácia a' b', se produce una corriente inducida directa, pqr consiguiente, de sentido contrario á la anterior, y cuya intensidad disminuye á medida que la distancia aumenta, como lo representa la curva B n C. Des pues de haber girado de 90 grados los polos de_l iman, se aproximan nuevamente á los brazos del hierro dulce, en b'' a", y producen una corriente inducida negativa, pero de sentido contrario á la primera A m B, por haber cambiado de posicion los polos del iman. Esta tercera corriente es pues de igual sentido que la segufi:da B n C, de la cual forma como una continqacion, sobreponiéndose en parte á ella; puesto que el polo a' se aproxima á e' mientras se va alejando de e, de modo que el máximo de intensidad tiene lugar cuando la línea de los polos del iman es perpendicular á la del electro-iman. La curva B o D representa las intensidades de la corriente resultante de la sobreposicion de las dos corrientes sucesivas. La corriente inducida que se produce luego, durante el alejamiento de los dos polos b''', a'" deberá ser de sentido contrario á la precedente, y será D r E, de igual sentido que la primera A m B. Con esto se vé que habrá á cada vuelta, cuatro corrientes inducidas, las dos del centro que marcharán en un mismo sentido y las dos extremas en sentido opuesto. Si la rotacion es suficientemente rápida para que no se verifique interrupcion sensible entre dos corrientes consecutivas de igual sentido, como está representado en B o D, y se principia á contar las vueltas en B, en el momento en que el iman se separa del electroiman, solo se encontrará, á cada revolucion, dos corrientes que se suceden en sentido contrario. Por medio del aparato de Pixii es fácil obtener chispas, producir conmociones, enrojecer un alambre de platino, descomponer el agua ... etc. Todos estos efectos se obtienen del mismo modo, por medio del aparato de Clarke de que luego trataremos. Solo diremos ahora que, en )a descomposicion del agua, como la corriente marcha alternativamente en ambos sentidos, en cada electrodo se obtiene una mezcla de oxígeno .Y de hidrógeno.

Para obtener los gases separados, emplea Pixii un conmutador análogo al de Ampere, solo que los arcos apoyan en muelles, en vez de sumergir en el mercurio. Movida la báscula por un escéntrico fijo al árbol giratorio, invertía la corriente en el momento en que cambiaba de sentido en el electro-iman, de modo que le conservaba una direccion constante err la parte del circuito que contenía el voltámetro. Hoy dia se emplea el conmutador de Ruhmkorff que se fija al arbol. Máquinas de Saxton y Clarke.-En la máquina de Saxton (fig. 208) el iman A A' está fijo y horizontal, y el electro-iman E E' gira, por medio de la rueda R, frente los polos de este iman, alrededor de un eje horizontal, al que terminan los extremos del alambre inducido; esto permite invertir fácilmente la corriente por medio de un conmutador n r. La máquina de Clarke es una modificacion de la de Saxton. El iman inductor está formado por un irnan compuesto A (fig. 209) muy poderoso, en forma de herradura, que se aplica vertica}rnente á lo largo de una tabla. En el frente se encuentra la doble bobina inducida B, B', móvil alrededor de un eje horizontal. Las dos mitades de este circuito están arrolladas en dos cilindros de hierro dulce, unidos entre sí, en el extremo anterior, por una gruesa placa de hierro dulce V, y ert el otro extremo, en frente del iman, por una placa de laton. A esta última está fijo el eje del .aparato que, detrás de la tabla, lleva una polea que recibe el movimiento por medio de una .correa sin fin y una gran rueda R ó volante con manubrio. Por la parte anterior se prolonga este eje por un cilindro de cobre, fijo á la placa de hierro dulce, y lleva el conmutador og. Cada bobina está formada por un hilo de cobre muy fino, cubierto de seda, que da hasta 1,500 vueltas. Los dos cabos anteriores de los hilos de las bobinas se sueldan al eje k (fig. 2u), y los otr9s dos cabos á una birola de cobre q, fija á este eje, pero aislada de él por un cilindro de márfil J. Para que la corriente inducida sea de igual sentido en los cabos unidos, se arrollan los hilos en sentido contrario en ambas bobinas, es decir, que el uno sea dextrorsum y el otro sinistrorsum, como representan las figuras 148 y 149.

FÍSICA INDUSTRIAL

Cómo se engendra la corriente.-Las corrientes que se desarrollan en las bobinas B, B' son corrientes inducidas mag neto-eléctricas, y se deb~n á dos causas: 1. ª á la induccion de la~ bobinas por el iman, en frente del' cual se desplazcan; 2." á la induccion por el alma de hierro dulce, cuyo magnetismo varia de un modo continuo por efecto de este mismo desplazamiento. Esta última induccion es mucho más poderosa. Atendiendo á una de las bobinas, la B por ejemplo (fig. 211), durante su movimiento en frente del iman, y representando por a y b los polos de éste, y por a' y b' los que forma sucesivamente el ex.tremo del alma de hierro, consideremos el instante en que la bobina pasa por delante del polo austral a del iman (fig , 212) . El extremo del alma, próximo al polo austral al iman, posee entonces un polo boreal en el cual las corrientes de Ampere se dirigen en sentido de las agujas de un reloj. (La fl~cha b' indica lo contrario por estar vistas las bobinas como en la fig .. 209, es decir, por detrás y no por delante ; mitándolas por el extremo que roza con el iman es como las corrientes de Ampere aparentan girar en sentido de las ag ujas de un reloj). Estas corrientes inducen en el hilo de la bobina corrientes directas, por cuanto, alejándose la bobina del polo a, la intensidad de su magnetismo (ó de estas corrientes especiales) va decreciendo de un modo continuo; así, pues, la corriente inducida conserva siempre el mismo sentido, hasta el instante en que la recta que une los ejes de las bobinas sea perpendiculai.: á la línea de los polos a y b del iman. A partir de este instante, el alma se aproxima al polo b, .y se imanta en sentidó contrario, en el extremo que era boreal durante el primer cuarto de revolucion, y pasa á ser un polo austral a' (fig. 213). Como las corrientes de Ampere se dirigen entonces en sentido de la flecha a', y como es entonces que principian, desarrollan en el hilo de la bobina una corriente inducida inven,a, que resulta ser de igual sentido que la anterior. Además, esta segunda corriente se sobrepone á la primera, puesto que, al alejarse la bobina de a_, se aproxima á b. En resúmen, durante la semi-revolucion inferior de a á b, por el hilo de la bobina habrán pasado sucesiva,mente dos corrientes inducidas·

de igual sentido, que se podrán considerar como si formasen una corriente única, á causa de la gran rapidez de su superposicion. Repitiendo el mismo raciocinio podrá verse que, durante toda la semi-revolucion superior (figs. 214 y 215), pasan igualmente por el hilo dos corrientes inducidas sucesivas de igual sentido que constituyen una corriente única, inversa de la anterior. Todo cuanto acabamos de expresar relativamente á la bobina B se aplica igualmente á la bobina B' , y gracias al sistema· de arrollado de los hilos, están recorridos aquellos, durante cada semi-revolucion inferior, por una corriente de igual sentido, que cambia en ambas durante supe, la semi-revolucion . rior. Observacton. -Considerando los imanes como solenoides y aplicándoles, en este caso, la ley de Lenz, se observará que inducen por 9-esplazamiento en lás bobinas corrientes de igual sentido que las precedentes. Este efecto de induccion directa se observa en todas las máquinas magneto-eléctricas antes descritas. Conmutador. -Principio. - Las corrientes inducidas, alternativamente de sentido contrario, se llaman corrientes alternativas. Si se las desea utilizar con el mismo objeto que las corrientes voltáicas, se las debe necesariamente enderq_ar, es decir, hacer que sean siempre de igual sentido en el circuito exterior á la máquina . Este enderezamiento se efectua por medio de un órgano especial llamado conmutador, principio basado en el siguiente: Unir los reóforos del circuito exte··rior, no ya á la bobina inducida, sino á dos frotadores ft,jos, tales como las hojas b y c (fig. 216), á las cuales se aplican sucesivamente los polos contrarios del circuito, á cada inversion de la corriente. Se ha construido un gran número de conmutadores, cuya forma y co¡:nbinacion de detalles puede variar al infinito; el principio es en _todos el mismo, y no son más que variedades del conmutador de Clarke, que vamos á describir. Se compone de un cilindro aislador de marfil ó de boj J, en cuyo eje lleva un cilindro de cobre k (fig. 217), de menor diámetro, fijo á la armadura V y que gira júntamente con las bobinas. El cilindro de marfil tiene

APLICACIONES nE

INDUCCION

5r7

una birola de laton q y luego, en el frente dos cilindros ó manecillas p y p' (fig. 216) otras dos semi-birolas o, o', de latan, comple- que se coge • con las manos, la corriente pasa ta mente aisladas entre sí. La semi-birola o copor ·el cuerpo d~l experimentador sin que munica con el eje k por medio de _un torni- experimente efecto sensible. Mas, si se coloca llo r, y la otra semi-birola o' con la birola q, en el circuito un interruptor, esto es, una por medio de una lengüeta x que las une. pequeña pieza que interrumpa las corrientes Por último, en las caras laterales de una masa un grap_ número de veces por minuto, ende madera M (fig. 216) hay dos placas de la- tonces, á cada interrupcion, se produce una ton m, n, en las cuales están fijas, con torni- extracorriente direct& que pasa por el cuerpo llos de presion, dos hojas elásticas de latan del operador y hace que experimenta una by c, que apoyan sucesivamente en las semi- conmocion muy violenta, conmocion que se birolas o y o' durante la rotacion. . renueva á cada semi-revolucion; y como Funcionamiento. - Hemos visto ya (figu- la tension de las corrientes inducidas aumenra 21 r) que los dos cabos de los hilos que ta, en razon inversa de su duracion, cuanto constituyen uno de los extremos del doble más vivamente gire el aparato, tanto más circuito inducido, terminan en el eje metá- fuertes serán las conmociones. Entonces, se lico k, y, por consiguiente, en la semi-birola contraen los músculos con tal fuerza, que o', al paso que el otro extremo del circuito, ya no obedecen á la voluntad y es materialformado por los otros dos cabos, comunica mente imposible soltar las manecillas ó reócon fa birola q y, por lo tanto, con la semi- foros. Con un aparato de grandes dimensiobirola o. Las pinzas o, o', son pues, en cierto nes y bien construido ya no es posible sopormodo, los polos de las corrientes desarrolla- tar sus efectos. das en las bobinas, y, como éstas, son alterLa intensidad máxima tiene lugar en el nativamente positivos y negativo_s (fig. 216). momento en que el plano de los ejes de las Si se considera el instante en que la semi- bobinas es perpendicular á la recta que une birola o es positiva·, la corriente baja por la los dos polos del iman, y efectivamente es hoja b, sigue la placa 111, llega á n por el hilo entonces cuando el magnetismo de las bobiconyuntivo p, sube por c, y se cierra al con- nas experimenta su mayor variacion de in~acto con la pieza o; luego, cuando por efecto tensidad. de la rotacion, ocupa o el sitio que ocupaba Interruptor. - Este órgano accernrio se o', la corriente no puede cambiar de sentido compone de una tercera hoja elástica a (fien el circuito exterior, en atencion á que, al gura (209) y de dos apéndices i que parten de par que se invierte la corriente en las babi- las birolas o y o' que están aisladas por el cilindro de marfil. Siempre que la hoja a toca nas, o pasa á ser positivo y o' negativo. El soporte M tiene dos guarniciones metá- uno de estos apéndices, se pone en cornunilicas laterales que comunican con los polos . cacion con la hoja opuesta b, y se cierra la b y c. En dos puntos de estas placas es en corriente en corto circuito, por pasar endonde están fijos los extremos del circuito torrees de b á a, y á la hoja c por la placa n. exterior. Por lo contrario, mientras la hoja a no toca EFECTOS DEL APARATO DE CLARKE.- La::; cor- ninguno de los apéndices, queda interrumrientes suministradas por esta máquina pro- · pida la corriente y se engendra una extraducen efectos análogos á los de la bobina de c9rriente en el conductor que une las dos Ruhmkorff, pero no tan intensos, por ser me- placas m y n. nor su tension, la cual, . sin embargo, puede Efectos químicos y ef ectos fisicos.-La fiaumentar con la velocidad de rotacion. Como gura 210 representa la disposicion para proen aquella, se distinguen los efectos fisiológi- ducir la descomposicion del agua. La hoja a cos, físicos y químícos. queda suprimida entonces, y se cierra la corEfectos fisiológicos.-Estos efectos son ape- riente por el líquido, en el cual se introducen nas sensibles cuando se utilizan directamente los dos electrodos. las corrientes de la máquina. Si en m y en n Para producir los efectos fisiológicos y quíse fijan dos hélices de cobre terminadas por micos, se emplean bobinas de hilo fino y de

FÍSICA INDUSTRIAL

á 400 metros de longitud. Para los efectos caloríficos, por lo contrario, se :emplean bobinas de hilo grueso de ~5 á 30 metros de longitud solamente. Las figuras 218 y 219 representan la forma que se da, en este caso, á las bobinas y al _comuntador. La primera representa la inflamacion del éter, y la segunda la incandescencia de un hilo metálico o, por el cual pasa, siempre en el mismo sentido, la corriente de a á c. PERFECCIONAMIENTOS DIRECTOS DE LA MÁQUINA DE CLARKE.-Bobina y máquina de Siemens.-La modificacion más importante que, despues de Clark.e, se ha introducido á las máquinas de induccion; fué la bobina construida en 1854 por Siemens y Halsk.e. Esta bobina difiere de las bobinas ordinarias por la forma del alma y por el arrollado del hilo. La bobina es longitudinal y tiene de 0'50 á 1' 50 metros, de largo según la potencia que se quiere dará la máquina. El alma es de hiérro dulce; se le dá primero la forma cilíndrica y se practican luego en toda su longitud unas entalladuras anchas y profundas. El alambre de cobre, aislado con seda., se arrolla un gran número de veces en ella, al igual que en los multiplicadores, pero paralelamente al eje, y no perpendicularmente como en la bobina de Clarke (fig. 220). Provista esta bobina de un conmutador y de un mecanismo que la haga girar enfrente de un iman, constituye una máquina magneto-eléctrica análoga á la de Clark.e (fig . 22r). Las armaduras del iman están construidas de modo que rodean estrechamente la bobina, con cuya disposicion se reduce el campo magnético á su mínima extension y á su máxima intensidad y estabilidad. CLASIFICÁCION .DE LAS MAQUINAS ELECTROMAGNÉTICAS. -Conocí endo la máquina de Clark.e, podremos definir con la mayor claridad las varias clases d~ máquinas que_se han ideado despues. Bajo el punto de vista de sus efectos, se disting uen las máquinas de corrientes contínuas y las máquinas de corrientes alternativas. Bajo el punto de vista de la causa, se las divide en máquinas magneto-eléctricas y en máquinas dinamo-eléctricas. Por otra parte, una máquina de corrientes contínuas podrá ser magneto-eléctrica 6 dinamo-eléctrica, al igual que -hna máquina de corrientes

300

nlternativas; todo lo cual constituye cuatro clases de máquinas. Máquinas de corrientes continuas y de corri'entes alternativas.-La máquina de Clarke, así como la primera máquina de Siemens y la máquina de la Alian1a, de que luego trataremos, son máquinas magneto-eléctricas de c01·rientes continuas. Ya hemos visto que las corrientes inducidas se · engendran en ellas alternativas, y que pasan á ser continuas gracias al mecanismo del conmutador, que es lo que tiene lugar en todas las máquinas de induccion. Son naturalmente de corrientes alter-· nativas; se convierten luego en máquinas de corrientes wntt'nuas por la adicion, como hemos dicho, de un mecanismo más ó menos complicado, tal como el conmutadordeClark.e, ó por una agrupacion especial de la bobina indicada y de un colector particular de corriente, como en la máquina de.Gramm·e, que luego veremos. Las máquinas· de corrientes alternativas son pues las más sencillas y las que transforman más directamente el trabajo mecánico en electricidad. Sin em ba~go, · no son ciertamente las más útiles, por cuanto el empleo de corrientes alternativas está limitado tan solo para ciertos procedimientos de alumbrado eléctrico, tales como las bujías eléctricas y la:; lámparas de incandescencia. Máquinas magneto-eléctrt'cas y máquinas dinam.o-eléctricas.-La máquina de Clark.e puede ser de corrientes continuas adaptándole un conmutador, y de corrientes alternativas, si se le toman las corrientes tales como se suceden en la bobina; en ambos casos, será siempre una máquina magneto-eléctrica, por producirse la induccion en ella por un iman permanente. Supongamos, por un momento, que este iman se sustituya por un electroiman; este inductor tendrá sobre el primero la ventaja de adquirir, á igualdad de peso, mucha mayor potencia magnética. Supongamos, además, que en vez de hacer pasar directamente por el circuito exterior la corriente producida, se la haga pasar, en totalidad ó en parte, por la bobina del electro-iman inductor, en cuyo caso sucederá necesariamente que, adquiriendo mayor fuerza este induct<?r, inducirá á su vez una corriente más intensa en la bobina, corriente que aumentará más y

519

APLICACIONES PE LA INDUCCION

más, debido á su propia reaccion sobre el inductor y á la influencia de éste último; esta corriente inducida acabará por alcanzar un máximo correspondiente á la velocidad del desplazamiento, así comotambien á las masas · del inductor y del inducido. Estas máquinas producen pues electricidad sin t'man, y parecen transformar directamente el trabajo mecánico en electricidad; por esto se las llama dinamo-eléctricas. Para que estas máquinas puedan funcionar, es indispensablé que el electro-iman inductor haya recibido antes una excitacion por una corriente continua proveniente de una pila, ó de una máquina magneto-eléctrica. Al principio se tomaba la precaucion de excitar por uno de estos medios las primeras máquinas construidas segun este principio, hasta que Siemens observó la posibilidad de producir la excitacion inicial de los electro-imanes sin necesidad de emplear corriente excitadora, bastando tocar las almas de hierro dulce con un iman permanente ó colocarlas paralelamente á la aguja de inclin~cion. En la práctica, ni es necesario siquiera orientar estas máquinas, para cebarlas, por cuanto el magnetismo terrestre obra siempre lo suficiente para el caso, sea cual fuere la posición de .sus electro-imanes inductores, relativamente á la direccion del par terrestre. Aparato d~ Breton.- Las corrientes magneto-eléctricas se emplean mucho en medícina para producir conmociones repetidas. Para este uso especial se han ideado aparatos más cómodos y no tan voluminosos como el aparato de Clarke. La fig. 222 representa el de Breton, en el cu.a l se excitan las corrientes por el método de Page, el cual obtiene corrientes inducidas . modificando simplemente el estado magnético de un iman, por medio del hierro dulce. Se arrolla un hilo de cobre revestido de seda alrededor- de un iman; al aproximar bruscamente una armadura á este iman, aumenta su fuerza, produciendo una sobresaturacion, y se desarrolla en la hélice una corriente inducida lnversa indicada por un reómetro; al alejar la armadura, el iman vuelve á su estado primitivo, y se produce una corriente inducida dlrecta. Un barrote de hierro dulce a gira rápidamente frente los polos de un iman A. Alre-

dedor de los brazos del iman están arrollados los alambres inducidos. Cuando se quieren emplear solo corrientes de un mismo sentido, se introduce én e1 circuito una rueda r cuyo contorno es alternativamente de madera y de metal y que gira con el barrote a. Este movimiento es tal, que las corrientes de cierto sentido pasan por las partes ~etálicas, mientras que las corrientes opuestas están interceptadas por la madera. Para graduar la intensidad de las conmociones, se aleja más ó menos el iman del barrote giratorio, por medio de un tornillo V; las distancias e;;tán indicadas en la escala e. Tambien puede aplicarse lateralmente á los polos del iman una varilla de hierro dulce suspendida al boton b, la cual, por su magnetismo opuesto, amortigua el efecto del iman sobre el hierro giratorio. Además, hay dos alambres arrollados á los brazos del iman, grueso el uno y bastante corto, y fino el otro y mucho más largo, sobrepuesto al primero. Estos dos alambres reciben del iman corrientes inducidas de igual sentido; pero Jas del alambre corto producen conmociones flojas, mientras que las del hilo fino son muy enérgicas, y tanto más cuanto más rápido sea el movimiento de rotacion. Duchenne ha , construido un aparato ·electro-médico, dispuesto de un modo análogo al anterior, al cual denomina aparato magneto farádlco. El iman de herradura está rodeado de dos bobinas sobrepuestas, ·formada la una de un alambre de cobre de_!._ milímetr~ de 2

diámetro y de 24 metros de longitud, y la 1

otra d·e un alambre de - - de milímetro y de 3 600 metros. Se atenua la fuerza de las conmociones alejando el sistema compuesto por el barrote y la rueda que le .hace girar, del iman, por medio de un totnecillo con cabeza gradtiada. Tambien se graduan las conmociones empleando el método de Dove, cubriendo las bobinas de induccion con cilindros de cobre que se separan más ó menos .. Gaiffe y Loisseau sustituyen el barrote de hierro giratorio con un electro-iman A (figura 223), para obtener corrientes inducidas en el alambre de este último. Estas corrientes pueden unirse á las ql!,e se desarrollan alrededor del iman.

520

FÍSICA INDUSTRIAL

Máquina de inducclon por la Uerra. - Se han heoho varias tentativas para obtener los efectos ordinarios de la electricidad dinámica, empleando corrientes inducidas por la tierra. Palrnieri y Saint-Linari son los primeros que consiguieron este objeto, por medio de su baterla magneto-electrotelúrica. Consiste en tubos de hierro dulce, tapados con hierro y fijados normalmente á un árbol que gira con rapidez. Un mismo alambre de cobre arrollado á estos dos tubos, pasa de uno á otro formando hélices de la misma especie; sus extremos van á parar á un conmutador. Cuando el eje está perpen.d icular al meridiano magnético, se obtienen conmocione, chispas, la descomposicion del agua ... Palmieri, despues, obtuvo los mismos resultados sin hierro dulce, empleando anchas espirales que giraban al rededor de un diámetro perpendicular al meridiano magnético. Delezenne obtenía tambien conmociones -y débiles descomposiciones químicas, por medio de su cerco, provisto de un conmutador conveniente. MAQUINAS DE INDUCCION APLICABLES A. LA INDUSTRIA. - Las máquinas <l;e Pixii y de Clarke, son simplemente aparatos de demos-tracion; se les ha modificado de distintos modos y se han imaginado otras máquinas de induccion magneto-eléctricas, que dan económicamente cantidades prodigiosa~ de electricidad, á expensas de una cantidad equivalente de trabajo mecánico empleado en hacerlas mover. Estas máquinas son hoy dia de uso corriente en la galvanoplastia .y para el alumbrado eléctrico. Page tuvo primero la idea de hacer girar las dos bobinas, desprovistas de su culata ó hierro, de la máquina de Clarke, entre dos imanes paralelos en forma de herradura, cuyos polos contrarios estaban uno en frente de otro. Niaudet, en vez de dos bobinas emplea doce paralelas al eje de rotacion y obtiene, sin conmutador, una corriente de igual sentido siempre, por un procedimiento empleado en la máquina de Gramme, que luego describiremos. La siguiente máquina es una de las primeras que se han empleado en la industria, con verdaderos resultadqs prácticos. Máquina magneto-eléctrt'ca de Nollet. -

Este aparato, comunmente llamado máquina de la Alianr_a, del nombre de una compañía de alumbrado, se compone de cierto número de haces imantados, en forma de herradura, capaces de soportar de 60 á 70 kilos, distribuidos en ocho filas de 5 á 7, A, A, A, ..... (figura 224) en un soporte de fundicion, de modo que los polos cont~guos sean por todas partes de sentido contrarjo. Estos polos convergen hácia un árbol giratorio o, que lleva unas platinas circulares de bronce, cuyo contorno pasa entre los polos de los tmanes. Estas platinas sostienen r6 electro-imanes rec~os v, x, y, 1 , ... .. (fig. 225), paralelos al árbol giratorio, y lamen los polos de los imanes sin tocarles, representados á parte (fig. 226). Los centros están agujerados para disminuir su peso y hendidos, así como tambien los discos de laton fijos á sus extremos, para que no se desarrolle el magnetismo por movimiento. El hilo de las bobinas, revestido de algodon mojado con barniz de betun de Judea disuelto en bencina, está arrollado siempre en el mismo sentido, al pasar de una bobina á otra (figura 225) y termina en el árbol, en el cual se reciben, á cada vuelta, r6 corrientes alternativas; el sentido cambia durante el paso de las bobinas frente de los polos de los imanes . Conmutador.- Cuando, como en las aplicaciones de la galvanoplastia, se quiera obtener una corriente contínua en el circuito exterior, se adapta al árbol un conmutador que invierta la corriente ocho veces á cada vuelta. Este aparato consiste en dos ruedas metálicas aisladas R y S (fig . 227) provistas de ocho dientes rectangulares que seintroducenlateralmente unos en otros sin tocarse. Una de estás ruedas comunica con uno de los extremos de los hilos de las bobinas y la otra rueda c0n el otro extremo. Los dos frotadores r, r', á que se unen los extremos del circuito exterior, apoyan en dientes contiguos de las dos ruedas y cambian de ruedas al mismo tiempo, en el instante en que la corriente se invierte en las bobinas, de modo que les conservan siempre el mismo sentido en el circuito exterior. Las máquinas Nollet se destinaban al principio á la produccion, por descomposicion del agua, de _grandes cantidades de hidrógeno, que se carburaba luego para apliéarle al alum_

APLICACIONES DE LA INDUCCION

b.i:ado. Notablement e perfeccionad as por Van Malderen, se las emplea hoy día con muy buef!,OS resulta9-os en la galvanoplast ia y el alumbrado de los faros; necesitan poca fuerza motriz y marchan con mucha regularidad. Lo único que se les puede reprochar es su alto precio, su peso y el emplazamien to relativamente grande que ocupan. En los experimento s de Jamin y Roger, la fuerza electro-motri z de una máquina de seis platinas, que da 200 vueltas por minuto, y cuyas bobinas están reunidas en tension (figura 225), equivale á la de 22 6 pares de Bunsea, y á 38 pares cuando las bobinas están . reunidas en cantldad, es decir, cuando los cabos de los hilos de cada bobina que salen de un mismo lado están reunidos en un solo haz constituyend o uno de los electrodos. Las máquinas que se emplean para el alumbrndo de los faros, consumen once veces menos que una pila de Bunsen que dé los mismos resultados, y siete veces menos que las lámparas de aceite. Máquina de Wllde.-Este aparato (fig. 228) se compone de dos máquinas sobrepuestas; la primera, P A P', suministra, por los hilos e, e', la corriente que debe imantar el electro-iman B B' de la segunda. lsta es de mayor tamaño, y, movida su bobina por la correa c', produce una corriente muy poderosa que es tomada por los frotadores s, s'. Tambien puede utilizarse esta corriente para animar el electro-iman de un tercer aparato más potente aun, etc., y, continuando de este modo, se podría obte~er una última corriente de una energía tan grande como se quisiese, que consumiría siempre un trabajo motor proporcionad o. Máquina dinamo-eléct rica de Ladd.-Siemens, Wheatstone y Ladd han ideado máquinas en las cuales suprimen el iman permanente, y realizan transformaci ones de trabajo dínámico en electricidad. El aparato de Ladd consiste en dos electro-iman es planos horizontales, que llevan en sus dos extremos unas piezas polares entre las cuales giran bobinas de Siemens. Estas bobinas son de distinto tamaño; en la más pequeña se producen corrientes inducidas bajo la influencia de una pequeña cantidad de magnetismo remanente que conservan los núcleos de hierro FÍSIGA IND.

521

de los electro-imane s, por cuyos hilos se ha hecho pasar, por una sola vez para todos, la corriente de una pila, ó en los cuales se desarrolla un poco de magnetismo bajo la influencia del globo. Estas corrientes inducidas reducidas al mismo sentido por un conmutador, pasan por la hélice de los electro-imanes, que obran entonces con más energía en la bobina giratoria; ésta produce así corrientes más intensas y excita con mayor fuerza los elect o-imanes, de modo que se imantan pronto con gran fuerza, desarrollando entonces corrientes inducidas muy intensas en la otra bobina. Ruhmk:orff simplificó este aparato empleando una sola bobina, compuesta de dos partes a b, bd (fig. 229) juntadas en un mismo eje, que giran entre las piezas polares de los electro-imane s B B' (fig. 228), cuya parte superior, sobre la placa P P', se supondrá qui-. tada ahora. El magnetismo remanente de los electro-imane s B B', desarrolla en la parte a b (figura 229) corrientes que, enderezadas por el conmutador s, son conducidas por los frotadores e s, y los hilos d e' á la hélice de los electro-imane s B B' (fig. 228), los cuales obran entonces sobre la parte b d (fig. 229) cuyo hilo termina en el conmutador c. Al encontrarse los frotadores en r, r', la corriente es contínua en el circuito exterior, y es alternativa cuando los frotadores se encuentran en o, o', en donde apoyan siempre en la misma placa del conmutador, puesto que la hendidura oblicua de separacion no llega hasta sus bases. A estos aparatos de bobina de Siemens se les tacha la extraordinari a velocidad que debe darse para obtener buenos resultados. Además, los rápidos y repetidos cámbios de imantacion del hierro acaban por calentarle, hasta el punto de alterar las materias que aislan el hilo inclucido. Se ha tratado de .evitar este inconveniente por medio de agua que circule á través del núcleo de hierro, en sentido lornritudinal; mas, aun así, queda siempre la enorme pérdida de fuerza motriz, q u se t ra nsforma en calor en vez de produ ir ele t ri idad. Máquina de Siemens y Hofner-Alt 12 k. Esta máquina din.amo-eléct ri a produ e or rientes muy enérgica on ell e v i an l inconvenient es de qu a abamo d h bl r . T . U.-

522

FÍSICA INDUSTRIAL

La pila se sustituía muy ventajosamente por una máquina magneto llamada excitadora que funcionaba al mismo tiempo que la dinamo y concurría á la produccion de corrientes enérgicas; así, se tenían dos máquinas sobrepuestas que obraban simultáneamente, lo cual, por otra parte, np era económico. Hácia 1866 se reconoció que, desde el momento en que había funcionodo una máqu~na, desde el instante en que se tocaba su electroiman con un iman fijo, á veces por el simple efecto del magnetismo terrestre, los espigones del inductor conservaban una cantidad de magnetismo remanente suficiente para operar este movimiento, siempre que los circuitos estuviesen dispuestos de un modo conveniente. La primera partícula de magnetismo remanente, produce, en el instante de ponerse en marcha la máquina, una corriente muy floja en el inducido. Si se combina el aparato de modo que esta corriente atraviese el electroiman inductor, contribuirá éste á aumentar el insignificante campo magnético producido por la partícula de magnetismo remanente que consideramos. Aumentando así el campq magnético en intensidad, las corrientes inducida_s que produzca cada revolucion de la máquina harán lo mismo y, atravesando el inductor, reforzarán aún más su imantacion, de modo que, con estas acciones sucesivas se obtendrá prontamente el funcionamiento normal de la máquina. Auto-exdtadon. - Tres son los métodos que pueden emplearse para obtener la autoexcitacion de las dinamos: ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA DINAMO.Excitacion en série; 1. º Como el inductor es un electro-iman, frente por. derivacion; Excitacion º 2. núun por formado del cual gira el inducido, Excitacion compound ó excitacion 3. cleo ó alma de hierro rodeado por un hilo de cobre, el sistema queda reducido á un pedazo mixta. La excitacion en série se obtiene reuniendo de hierro que gira en frente de otro. Cabe aquí preguntar: ¿cómo es posible que semejante el inductor, el inducido y los hilos exteriosistema pueda desarrollar un campo magné- re?; así se forma un circuito único que comtico? ó en otros términos, ¿cómo se polariza prende.. el hilo del electro-iman inductor, el hilo del inducid9 y los instrumentos sobre el inductor? Al principio, se excitaba por una vez In los cuales debe obrar la corriente (fig. 2 3 o) . . En las máquinas excitadas por derivacion, máquina con una pila, es decir, que se hacia inductor hilo del electro-iman es muy resistente y el pasar por el hilo del electro-iman una corriente que imantaba sus espigones; de está unido, como lo representa la fig. 23 r, al suerte que, una vez constituido el campo circuito e·xterior y al inducido. Una parte somagnético, se concibe fácilmente el funciona- lamente de la corriente total sirve de excitador. miento de la máquina.

La bobina está formada de cuatro hélices distintas, arrolladas longitudinalmente á un mismo cilindro hueco horizontal, que gira entre cuatro electro-imanes, cuyos núcleos tienen la forma de anchas placas paralelas . al eje del cilindro. Los electro-imanes están dispuestos horizontalmente dos á dos á ambos lados de la bobina, unos encima de otros. Los polos de mismo nombre, de los que están encima, están unidos por una placa curva de hierro dulce, qué rodea la bobina múltiple por encima, y obra por la polaridad que recibe de estos polos. ~os polos situados frente de 103 electro-imanes inferiores, que son de nombre contrario á los de los dos superiores, están igualmente unidos por una placa curva que rodea la bobina por debajo y obra en ella por una polaridad opuesta á la de la placa superior. En el interior, cerca de la superficie interna del cilindro giratorio y frente de la ar~ta media de cada placa curva, está situada una armadura fija de hierro, que recibe de esta placa una polaridad contraria por influencia, añadiendo así su efecto al de las bobinas. Estas armaduras están sostenidas por un árbol fijo, al rededor del cual giran los muñones huecos del cilindro. Los hilos de las· bobinas van á parará un-distribuidor ó conmutador. Las corrientes, producidas al principio por el magnetismo remanente de los electro-imanes , son llevadas á sus hélices, que les comunican prontamente una potencia capaz de producir corrientes inducidas muy enérgicas.

APLICACIONES DE LA INDUCCION

Por último, la excitacion_ compound consiste en un doble arrollado de las bobinas del electro-iman, con hilo fino el uno y con hilo grueso el otro (fig. 232). · Con este arrollado se mantiene una fuerza electro-motriz constante - en los límites de la máquina, al variar la resistencia exterior. Las dimensiones de los hilos conductores · deben calcularse segun los resultados que se quiera obtener; los espigones de los electroiman·es inductores son de hierro, y generalmente se les añaden piezas polares de fundicion. Se hace frecuente uso de las máquinas auto-exdtatrices, más, en ciertos sistemas, se utiliza aún la excitacion producida por una segunda máquina independiente de la primera. Arrollado del inducido.-Cuando un anillo de hierro, rodeado de un hilo conductor sin fin, cuyas espirales son siempre de igual sentido, gira entre los polos de un iman NS (figura 233), todas las espirales de la semicircunferencia a n b están atravesadas por corr_ientes inducidas de igual sentido, que se suman á las primeras; la semicircunferencia as b está recorrida, igualmente, por corrientes inducidas de sentido contrario, de suerte que las dos mitades del anillo estarán recorridas por corrientes iguales y de sentido inverso, y estas son las corrientes que se trata de utilizar. La mayor parte de los arrollados del indu. cido que presentan las máquinas industriales, puede reducirse á dos. tipos principales: tipo Gramme y tipo Siemens, que se distinguen en que, en el prim~ro, el hilo inducido rodea completamente el espigon magnético tanto exterior como interiormente, mientras que en ei-segundo, es solo la superficie exterior del espigon la que está cubierta con el hilo conductor. Las figs. 234 y 23 5, representan, bajo el punto de vista teórico, la union entre sí de las diferentes bobinas que componen el inducido. En estas figuras, las cifras seguidas de la letra e indican la introduccion de los hilos en las bobi-nas y las cifras seguidas de la letra s indican su salida. El ·arrollado del tipo Gramme (fig. 234) se verifica alrededor de un anillo de hierro. La

salida del hilo de la bobina I está unida á la entrada del hilo de la bobina 2; la salida de ésta á la entrada del hilo de la bobina 3, y así siguiendo hasta la bobina 8 cuyo hilo, á su salida, está uniq.o al hilo de entrada de la bobina r. De este modo, todas las bobinas están unidas en série y constituyen un solo conductor contínuq. En el enrollado Siemens, el hilo rodea el exterior de un cilindro; sobre la superficie lateral, están colocadas las bobinas segun las generatrices; al pasar por las dos bases, se cruzan en sentido de los diámetros, ó á lo menos en sentido de las cuerdas mayores, . puesto que es conveniente dejar paso al eje de rotacion del sistema. Se vé que la union de las bobinas es absolutamente la misma que en el caso anterior: r, está unido á 2.; 2. á 3 etc. 8, á r.; existe pues igualmente un hilo contínuo formado por el conjunto de todas las bobinas, pero que solo ro dea fa parte exterior del espigon. Colector y escobilla._:.En realidad, el enlace de las bobinas no se verifica directamente como en las figs. 234 y 235, de un hiloá otro, puesto que los conductores de las bobinas terminan en unas pl~cas aisladas unas de otras, que, reunidas por medio de una virola, forman un cilindro colocado en el eje de rotacion del in1ucido que es lo que ·constituye el colector. En este cilindro apoyan las escobillas ó cepillos metálicos, dispuestos por pares, y cuya mision estriba en cerrar el circuito de las varias bobinas y recoger las varias corrientes que pasan por ellas, para distribuirlas al exterior. MÁQUINAS DE GRAMME. -Se construyen ' dos tipos principales de esta máquina, ambos dinamo-eléctrt'cos: r. º una máquina de corrientes contínuas, llamada tipo de taller, que se destina á usos muy diversos, tales como el alumbrado eléctrico, la galvanoplastia, la transmision de la fuerza á distancia; 2.º la máquina de corriente~ alternativas, llamada máquina· de lu 1, exclusivamente em- . pleada en ciertos procedimientos de alumbrado eléctrico. Existe igualmente un tercer modelo de máqÜina Gramme, que es magneto-eléctrica, llamada á veces máquina de demostracion. Industrialmente no se la emplea, á cau~a de su poca potencia, pero sus0

•••

FÍSICA INDUSTRIAL

tituye muy bien á las pilas en muchos experimentos de laboratorio. En todo caso, con ella pueden describirse todas las demás má • quinas Gramme, por poseer los dos órganos esenciales, á saber, la bobina inducida ó anillo induct"do y el colector de corrientes. MAQ1JINA MAGNETO-ELÉCTRICA DE GRAMME.-

Descrtpcion. - Consiste en un fuerte anillo imantado fijo; entre cuyos polos gira rápidamente un sistema de bobinas, por medio de una gran rueda y de un piñon (fig. 236). Inductor.-Antes , el iman permanente consistía en un simple iman de herradura, como el de la máquina de Clarke; mas, desde que Jamin dió á conocer sus potentes imanes compuestos, ó de varias hojas, los adoptó Gramme y los aplicó á la construccion de sus máquinas. El iman Jamin, que está fijado verticalmente (fig. 236) se compone de 24 hoJas de acero de I milímetro de grueso, imantadas separ1-1damente á saturacíon, y sobrepuestas en forma de herradura. A los dos polos del conjunto se aplican dos armaduras de hierro dulce a y b que, imantándose por influencia, se convierten en polos eficaces entre los cuales gira el t'nduddo. Anillo de Gramme.- El inducido está formado por cierto número de bobinas, unidas formando círculo, para que constituyan lo que se conoce con el nombre de anillo de Gramme. Las bobinas no tienen un alma distinta cada una, com~ en la máquina de Nollet, sino que se arrollan todas á un alma común, que no es ciertamente un anillo de hierro macizo sino un hilo único de hierro duÍce, de ...2.. de mi10

límetro de diámetro, arrollado muchas veces sobre si mismo para que forme un haz circular. La fig. 237 representa su seccíon por F. Las bobinas B, C, D, ..... representadas separadamente en la parte inferior de Ja figura, están en realidad unidas entre sí, como se ve ep. la parte superior, por medio de escuadras de laton m n. A cada uno de los brazos verticales de estas piezas están soldados los hilos de cobre de dos bobinas consecutivas, de suerte que el conjunto de las bobinas forma un circuito único. Colector de la corriente. - Las escuadras

están aisladas unas de otras y fijas á una masa de madera de boj O montada en el eje de rotacion; los brazos horizontales m r de las escuadras forman como un manguito al rededor de este eje; las dos escobillas formada~ por hilos' de cobre rojo, fijas á los bornes c é i (figura 236) frotan constantemente en las partes superiores é inferiores de este manguito, con lo cual toman las corrientes que se engendran en las bobinas. El conjunto de las escobillas y del cilindro de generatrices m·etálicas es lo que constituye el colector de Gramme. TEORIA DE LA MAQUINA GRAMME. - La - teoría de esta máquina es aun desconocida; todo lo más que puede hacerse es dar á conocer la marcha de las corrientes en la bobina. Observemos, en primer lugar, que cada polo a y b del iman (fig . .236) determina, en el alma circ~1lar de las bobinas, dos polos magnéticos de signos contrarios. Los puntos del anillo en donde se forman estos polos en un momento dado, cambian, arrastrados por el movimiento del anillo; mas, los polos en sí permanecen fiios en el espacio, en frente de los polos a y b; desde luego, se resuelve todo como si el anillo estuviese fijo y las varias bobinas se moviesen sobre su contorno, aproximándose sucesivamente y alejándose de cada polo. Consideremos un elemento de la bobina; si le observamos durante su movimiento de rotacion, veremos, (apiicando las leyes de la induccion al caso de una bobina que se mueva sobre un iman circular interior á ella), que en ella se engendra una corriente de cierto sentido en toda la mitad E' S E" de su revolucion, y una corriente inversa en la otra mitad E" N S' (fig. 238). Como todos los elementos de la espiral están influidos simultáneamente del mismo modo, cada un0, segun su posicion, por estar unidos entre sí; -las dos mitades de la bobina, separadas por el diámetro E' E", perpendicular á la Hriea d~ los polos N S, estarán recorridas en el mismo instante por corrientes iguales y de sentidos contrarios. Estas dos corrientes opuestas pueden compararse con las de dos pilas voltáicas de un mismo número de elementos que estuviesen montadas en oposict"on, es decir, por sus polos de igual nombre. Para utilizar estas corrientes, que se aproximan á la vez al punto C y se

., APLICACIONES DE LA INDt1 CCION

alejan á la vez tambien del punto Z, deben unirse los puntos C y Z por un circuito exterior (fig. 239), y entonces la corriente circula de un modo contínuo de C it Z, y ya no se encuentran las pilas en oposicion sino montadas en cantidad. De un modo análogo es como se toman las corrientes del anillo de Gramme. Colocando las escobillas F y F' en el diámetro E E' perpendicular á la línea de los polos, es decir á los puntos á donde concurren las dos corrientes opuestas, estas escobillas se encontrarán en idénticas condiciones que si comunicasen con los polos C y Z de la pila anterior ; así, el circuito exterior que vaya de una á otra escobilla estará recorrido por una corriente contínua, siempre que sea permanente el contacto, y constante si la velocidad de rotacion es uniforme. Observaciones. - I. ª Cab¡_ado de las escobillas. - En la fig. 238, las escobillas coleetrices F y F' no están situadas exactamente en un diámetro hori1ontal de la bobina, es decir, en la línea neutra, como segun la teoria anterior se requiere. En realidad, como el hierro del anillo no es nunca perjectarr1ente dulcé, sus distintas secciones no se desimantan inmediatamente despues de haber pasado los polos inductores, resultando de ello .una desviacion de la línea de los polos del anillo en sentido de la rotacion de éste. La línea neutra va siguiendo este movimiento, y fcrma entonces con suposicion teórica un ángulo más ó menos grande que, para grandes velocidades, podrá alcanzar hasta IO grados. Como la posicion ó cal1ado de las escobillas depende dela orientacion de la línea neutra, deberán girar sobre la horizontal (ó sobre la vertical, segun la oposicion de los polos inductores) de un ángulo igual al de la línea neutra. 0 2. Variando la velocidad de 500 á 2,000 vueltas por minuto, se demuestra que la intensidad de la corriente es sensiblemente proporcional á esta velocidad. A la velocidad de 2,000 vue Itas por minuto la máquina funciona bastante tiempo -sin que su calentamiento sea perjudica!. Su fuerza electro-motriz es igual entonces á la de ocho elementos Bunsen de mediano modelo, y su corriente puede fundir IO centímetros de alam:..

bre de hierro de un milímetro de diámetro. A la velocidad de 600 vueltas por minuto, velocidad fácil de obtener, la fuerza electro-motriz es igualmente equivalente á la de r5 ó 16 elementos Daniel!. 3. ª Para una misma velocidad de rotacion y un mismo iman, la intensidad de la corriente depende de las dimensiones del circuito inducido. En la máquina representada anteriormente, el diámetro del alambre de cobre es de 1' I milímetros y su longitud total de r32 metros. MAQUINA DE GRAMME DE CORRIENTES CON-

Descripcion. Esta es una máquina dinamo-eléctrica, incomparablemente más poderosa que la anterior. La bobina inducida y el colector de corrientes son los mismos. El inductor está formado por dos electro-imanes de dos brazos horizontales (fig. 240) dispuestos enfrente uno de otro, en un plano vertical. Los hilos están mentados en sus bobinas de tal suerte que, al atravesarles la corriente, los dos polos yuxtapúestos sean de igual nombre. De este modo, la armadura superior y la armadura inferior, que rodean la bobina, constituyen polos dobles de nombres contrarios. Marcha de la corriente. - En la fig. 243 se ve el sentido del arrollado de los hilos y la disposicion de estos dos polos: la mitad de la derecha de esta figura representa el diagrama de una máquina Gramme de corrientes contínuas, que se diferencia del tipo del taller solo por la oblicuidad de las barras de electroimanes. La fig. 242 representa una seccion vertical correspondiente á este diagrama: I l' es la bobina inducida; A el colector sobre el que apoyan las escobillas B y B' (fig. 243); la bobina gira entre las armaduras semicirculares de los dos electro-imanes. ~a corriente que sale del cilindro colector, por la escobilla B' por ejemplo, circula primero al rededor de las barras superiores produciendo un doble polo sud en ellas, luego acciona en el circuito exterior, y vuelve formando un doble polo norte á las barras inferiores, desde las cuales pasa á la bobina por la escobilla B. Usos de la máquina.-La máquina tipo de taller se emplea en la galvanoplastia, el-alumbrado eléctrico y transmision de la fuerza á distancia. Las dimensiones de las bobinas, TÍNUAS. -

TIPO DE TALLER. -

FÍSICA INDUSTRIAL

Máquinas de lur_ de Gramme. - Esta es una del inductor y del inducido varían segun el trabajo que deba ejecutarse. Si se debe pro- máquina dínamo-eléctrica de corrientes alducir electricidad en cantidad considerable, ternatfoas y _además auto-excz"tadora. Descrípcion.-La figura 241 la representa como sucede en las aplicaciones electro-químicas, la máquina debe tener una resistencia en perspectiva; á la izquierda, está la máquina interior media, y en este caso los electro-ima- de luz propiamente dicha; á la derecha se ennes están guarnecidos, no con hilo redondo, cuentra la excitadora, que no es más que una sino con una sola cinta de cobre delgado, que máquina ordinaria de Gramme de corrientes tenga todo el ancho de las barras y forme una contínuas. La fig. 242 es una seccion de ella espiral única alrededor de cada una de ellas; perpendicular al eje: N y S son los d·os polos al anillo se le guarnece con hilo plano muy del inductor fijo, 1 l' es el anillo inducido mógrueso. Cuando deba producirse electricidad . vil, cuyo colector se proyecta en forma de círde tension, como para el alumbrado eléctrico, culo concéntrico é interior al anillo. La máquina de luz propiamente dicha está se forman las bobinas con hilo ordinario, de formada por un inducido fijo y un inductor menor diámetro. móvil. MAQUINA GRAMME DE CORRIENTES ALTERNAEn el modelo ordinario, el inductor está TIVAS ó MAQUINA DE LUZ.- Generalidades.~ El· empleo de las máquinas de corrientes al- formado por seis barras de electro-imanes, . ternativas ha tomado, desde la invencion de implantados perpendicularmente en un malas bujías eléctricas, una extension conside- cizo exagonal, concéntrico al eje de rotacion. rable. Estas máquinas son hoy dia las únicas El circuito inductor se arrolla alrededor de que se prestan á la division de la luz eléctrica. estas barras de modo que, al recorrerle la corTodos los tipos que se han inventado hasta riente con_tínua de la excitadora, forma polos hoy pueden incluirse, como las máquinas de alternativamente contrarios. En la mitad de corrientes continuas, en los dos tipos de Clar- la izquierda de la figura 243, que es una seccion transversal de la máquina de luz, se ve ke y de Gr.a mme combinados. Toda máquina electro-magnética de cor- que las superficies polares se desarrollan perrientes alternativas está formada de dos ór- pendicularmente á la direccion de las barras. El inducido es una bobina de alambre de ganos es·e nciales. cobre arrollado á un cilindro de hierro dulce, r. º El sistema inductor ó simplemente el . inductor, comp.u esto de imanes fijos (máqui- que constituye el alma, pero no es una,_ masa nas magneto-eléctricas) ó de electro-imanes contínua, sino formada por la superposicion de (máquinas dinamo-eléctricas), y cuya funcion_ varias capas de alambre de hierro. La bobina consiste en desarrollar á su alrededor un en sí está dividida en doce segmentos, bien aislados unos de otros y unidos de tres en tres campo magnético constante. 2.º El sistema inducido ó el inducido, forde modo que constituyan cuatro cz"rcuítos dismado por bobinas provistas ó desprovistas de tintos: por ejemplo, las bobinas r, 3 y 5, foralma de hierro dulce. Su funcionamiento pro- man un primer circuito, y las bobinas 2, 4 y 6 duce las corrientes inducidas alternativas, al un segundo circuito, asimismo las bobinas 7, 9 desplazarse con un movimiento periódica - y r r, forman un tercer circuito, yJas 8, 10 y 12 mente uniforme en el campo magnético del el cuarto circuito. Ordinariamente se montan inductor . Estas son las corrientes que se uti- los.dos primeros circuitos en série por sus polos de nombre contrario, así como tambien los zan y trabajan en el circuito exterior. En las máquinas dinamo-eléctricas, los elec- dos últimos, de modo que la máquina de luz se tro-imanes del inductor están ordinariamente encuentra dividida en dos máquinas fáciles animados por.una máquina de corrientes con - de hacer funcionar juntas ó separadamente. Producct'on de las corrientes.-Las corrientinuas llamada excitadora. Esta máquina auxiliar es independiente en las máquinas ordi- tes se inducen en la bobina fija por el desplanarias, ó está montada en el mismo eje que el zamiento del electro-iman inductor, el cual inducido en las máquinas impropiamente lla- se anima por la corriente contínua de la excitadora. madas auto-excitadora.

A"f'LICACIONES DE LA

La figura 243 es un diagrama de conjunto de la máquina auto-excitadora. El sentido de las flechas indica; La marcha de la corrt'ente contínua: 1. º sale de la excitadora por la escobilla B', pasa por H al inductor, el cual recorre bifurcándose en dos derivaciones produciendo polos alternativamente contrarios; sale del inductor por K, y p'enetra por último en la escobilla B y de ésta al colector del anillo I l'. 2.º La produccion de las corrientes inducidas en cada segmento de bobina: se observa que en las bobinas consecutivas de un mismo circuito 1, 3 y 5, por ejemplo, la inducciones inversa por producirse por dos polos contrarios, y .estas corrientes inversas recorren la bobina en el mismo sentido, gracias á la inversion del arrollado del hilo. Observacion.-Los dos bornes A y B que se ven (fig. 241) enfrente del bastidor, se encuentran en el circuito de la excitativa, en donde forman una interrupcion fácil de cerrar por medio de una resistencia variable, aumentándose de este modo ó disminuyén' dose la intensidad de la corriente contínua, y, por consiguiente, la intensidad del magnetismo inductor. Asf se gradua, hasta cierto límite, segun las necesidades, la potencia de la máquina de lu 4 . R es una caja de resistencia, empleada con este objeto en el laboratorio deJamin1 la cual sirve al propio tiempo de interruptor. Basta quitar una clavija que lleva para interrumpir á voluntad el cir-.,uito de la excitadora y suprimir á la vez el magnetismo inductor y las corrientes inducidas. En a., b, y b., a, se encuentran las tomas de la corriente por los dos circuitos ·exteriores. A estos bornes van á parar, por debajo de la envolvente protectora, los dos extremos de los cuatro circuitos de la bobina. Se montan de dos en dos los extremos que, en un instante dado se encuentran á potenciales de signo contr.a rio . Como ya hemos dicho antes, esta máquina fué construida exclusivamente para alimentar bujías eléctricas. · EXPERIMENTOS DE JAMIN Y DE MANEUVRIER.-

Esta máquina de Gramme de corrientes alternativas es un aparato altamente interesante bajo el punto de vista teórico, y muy venta-

INDUCCION

joso en la práctica. Se le puede comparar con la bobina de Ruhmkorff, cuyas corrientes juntasen á una alta tension una enorme cantidad.

Partiendo de. esta idea, J amin y Mane u vrier pudieron r_epro'1ucircon esta máquina todos los efectos de la bobina de Ruhmkoríf, tales como descomposiciones y combinaciones químicas, efectos luminosos, efectos fisiológicos; pero con una intensidad incomparablemenJe mayor. Los efectos luminosos en el vacío ó en gases enrarecidos presentan un aspecto muy notable y completamente desconocido hasta el dia. En cuanto á los efectos fisiológicos, dichos operadores los experimentaron accidentalmente durante sus investigaciones, y dicen ser de una intensidad tan asombrosa, que llegarían á producir la muerte con. soio pasar su duracion de una fraccion de segundo. Hallaron, por último, Jamin y Maneuvrier, sin emplear conmutador, una solucion muy aproximada del problema teórico · é industrial de la fransformacion de las corrientes alternativas en corrientes contínuas, cuyo procedimiento consiste esencialmente en in terponer, en el circuito exterior de la máquina de luz, un arco voltáico disimétri·co, es decir, formado entre dos electrodos heterogéneos, tales como el carbon y el mercurio. REVERSIBILIDAD

DE LAS · MÁQUINAS DINAMO-

ELÉCTRICAS.-Las máquinas dinamo-eléctricas demuestran· que, haciendo girar las bobinas enfrente de un electro-iman se engendran corrientes. Segun la ley de Lenz, es fácil comprender que, si se hace pasar una corriente contínua por una de estas máquinas, se comunicará al órgano móvil un movimiento inverso del que produciria esta corriente contínua. El experimento lo confirma y se practica fácilmente por medio de una cualquiera de las máquinas de Gramme de corrientes contínuas. Si se ponen los bornes ce' i (fig. 236) en corpunicacion con los polos de una pila que conste de algunos elementos Bunsen, el alma de hierro dulce se imanta inmediatamente por la accion de la corriente que pasa por las bobinas, y todo el sistema adquiere un movimiento rápido de rotacion. Tambien pueden disponerse en un mismo

FÍSICA INDUSTRIAL

circuito dos máquinas semejantes á la de la figura 240, dando luego movimiento á una de ellas. La corriente que engendra pasa al anillo de la otra máquina la cual se pone tambien en movimiento. Haciendo marchar entonces la primera en sentido contrario, se para)a segunda y vuelve á girar nuevamente en el mismo sentido. Al pasar sucesivamente la misma corriente por la bobina fija y por la bobina móvil, que reaccionan una sobre otra, es fácil concebir que producto de las dos acciones de igual signo permanecerá siempre el mismo, sea cual fuere su signo. Este fenómeno se representa diciendo que las máquinas Gramme, y en general todas las máquinas dinamo-eléctricas, son reversibles. MAQUINA SIEMENs.-Las máquinas Siemens se caracterizan por el enrollado superficial del espigan del inducido. Existen varios modelos de ellas; en las unas el inductor es horizontal, en otras más modernas, es vertical. Los espigones de los electro-imanes son de hierro forjado, de centro macizo ó ahuecado, para dejar pasar el inducido soportado por dos dedales de fundicion. Estos espigones están unidos de dos en dos por unos virotillos y constituyen las llamadas culatas. Las bobinas están provistas de unos armazones de plancha y orejas de latoo. El espigan del inducido es un tambor de plancha. Dos discos de bronce están mantenidos paralelamente en el eje por medio de tornillos, y soportan una plancha de palastro muy delgada que les une y constituye la superficie lateral del tambor. Para facilitar el enrollado de las bobinas, los bordes de los discos de bronce son dentados y en sus espacios se colocan cuñas de madera. El enrollado se ejecuta á mano, y en cada bobina la mitad de las espirales pasa por la izquierda del eje y la otra mitad por la derecha. La entrada del hilo en la bobina se une á una de las placas del colector y la salida á la placa siguiente, ,que es la que al propio tiempo recibe el hilo de la segunda bobina. Estos hilos deben numerarse con cuidado, puesto que no se coloca el colector en su sitio hasta que se ha terminado el enrollado. La máquina representada en la :fig. 244 lleva en sus caras laterales, á lo largo de los

espigones de los inductores, unas tablillas en donde terminan los hilos de los circuitos inductor é inducido, que permiten parear como se quiera los varios elementos de la máquina, segun el objeto propuesto. Se construyen igualmente máquinas Siemens de corrientes alternativas. MAQUINA DE En1ssoN.-Muchos son los tipos de máquinas Edissori que existen hoy día . En las primeras máquinas, el inducido estaba formado de rodelas de hierro separadas por otras rodelas de car.t on de amianto, y el todo estaba colocado en un eje central formando cilindro; unas barras de cobre aisladas rodeaban este cilindro en sentido de sus generatrices y estaban unida por ambos extremos á unos discos de cobre aislados igualmente; barras y discos constituían el circuito del inducido y terminaban en el colector, en el cual la escobilla era la encargada de recoger la corriente. Actualmente, el inductor es un grueso electro-iman vertical, entre cuyos polos gira el inducido, s:on lo cual se reduce notablemente el emplazamiento ocupado por las antiguas máquinas. El inducido está formado por hilos que se enrollan en el espigan cilíndrico de hierro y se unen directarñ"ente al colector; así se disminuye considerablemente el gasto ocasionado por el empleo de discos de cobre. La fig. 246 representa una pequeña máquina, construida en estas condiciones, cuyo peso varia entre 180 y 660 kilógramos, y el precio entre 600 y I ,300 francos. Al establecer el alumbrado eléctrico en la Opera de París, M. Picon construyó una máquina especial destinada á este alumbrado, representada en la fig. 245. Los inductores son dobles y comprenden cuatro colümnas que forman electro-imanes, cuyos polos se reunen alrededor del inducido, á la mitad de la altura de la máquina . Esta dinamo da 3 50 vueltas por minuto; el peso del cobre .del inducido es de 190 k:ilógramos; el peso del cobre de los inductores es de 285 kilógrarilos, y . el peso total de r r, 7 50 kilógramos. Cuesta 14,000 francos y da un rendimiento eléctrico de 96'5 por roo. MAQUINA BRusH.-El inductor se compone . de dos electro-imanesi,,de bobinas aplanadas,

APLICACIONES

·c uyos espigones están provistos de piezas polares que ocupan ª/, de la circunferencia cada una (fig. 247). El inducido gira entre · estas. , dos placas polares. El anillo que soporta-las bobinas de este inducido era al principio de Merro macizo, provisto de un sin número de ranuras. En las nuevas máquinas, un anillo central de hierro sirve de soporte á una faja muy larga de plancha de 1'5 milímetros de grueso, enrollada á su alrededor. Entre las espiras de esta faja, estan intercaladas unas p·lanchitas de -hierro, de• igual espesor y de suficiente longitud para que sobresalgan por ambos lados; su sobreposicion produce unos espacios en donde se colocan ocho ó diez bobinas. Verdaderamente, la máquina queda reducida teóricamente á cuatro bobinas , puesto que las dinamos d~ ocho ó doce bobinas, que son las únicas que se construyen, no son más que la reunion de .d os ó tres máquinas simples. Las cuatro bobinas elementales se colocan en el anillo en sentido de dos diámetros que se crucen á ángulo recto; las ocho restantes se intercalan, en las mismas condiciones, entre las cuatro primeras. El inductor se excitn en derivacion. La máquina de ocho bobinas lleva dos colectores y tres pares de escobillas; la máquinn de doce bobinas tiene tres colectores y tres pares de escobillas. Cada vez que un par de bobinas pasa por en frente los polos del inductor, su accion es máxima, en cuyo instante, el par de bobinas situadasen el diámetro perpendicular, pasa por la línea neutra y produce una energía mínima. El colector está dispuesto de tal modo que las corrientes de las bobinas activas son reco gidas sucesivamente por las escobillas, para formar un flujo continuo en el circuito exterior, mientras que las bobinas inactivas permanecen fuera del circuito. Las máquinas Brush pueden alimentar 60 lámparas con una fuerza electro-motriz de 3 ,ooo volts y una velocidad de 850 vueltas por minuto. A la máquina está unido un regulador provisto de un reostato de disco de carbon. Tambien se construyen máquinas Brush de doble enrollado, que se destinan al alumbrado por incandescencia. FÍSICA, IND.

LA INDUCCION MAQUINA WEsTON.-Los dos electro-imanes que forman el inductor y que están montados en ' derivacion, se unen por su centro por medio de un resalto y constituyen las dos piezas , polares que rodean el inducido sirviendo al propio tiempo de soporte á su eje. El espigan del inducido (figs. 248 y 249) es un cilindro compuesto de discos de plancha de palastro, aislados unos de otros y colocados en un eje comun. Su contorno es dentado Y, en los intervalos de los dientes se colpcan las bobinas. En !as máquin·as de alta tension, el enrollado es doble; la fig. 250 representa la disposicion ·delas dos séries de bobina.s en el espigon; las unas están representadas por rayas negras y las otras por rayas blancas; los extremos libres se unen á las placas del colector. La máquina entera (fig. 251) está montada en un banco-carro que facilita mucho la graduacion de las correas de transmision. El consumo se gradua por medio de un re.:. guiador provisto de un reostato. Los varios tipos de las máquinas Weston se construyen, unas para la luz de incandescencia, las otras para los reguladores de arco. MAQUINA THURY.-Caracterizan estas máquinas las particularidades siguientes: Velocidad de rotacion muy débil, resistencia interior igualmente débil, rendimiento muy elevado- y no producir ruido ni trepidacion. , De estas máquinas se construyen de varios tipos . En el modelo que los constructores llaman el tipo H (figs. 252 y 253) el inductor tiene la forma de exágono formado por un bastidor de hierro, en cuyos lados se enrollan seis bobinas de electro-imanes, cuyos polos se reunen en los ángulos de la figura geométrica. Allí se encuentran unas piezas de hierro que representan los polos del sistema, de modo que el inductor posee seis polos situados en seis diámetros de un círculo circunscrito al exágono. El inducido está enrollado á un tambor de hierro, y las canece.iones tienen lugar en sentido de unas ~uerdas que cortan

Tde cir-

cunferencia; esta disposicion está impuesta por la presencia de los seis polos del inducr. II. -67 /

530

FÍSICA INDUSTRIAL

ter. El número de frotadores que al principio era de seis, se ha reducido á dos. En otras máquinas, las del tipo C (fig. 254), el inductor se compone de cuatro electro-imanes que rodean completamente el inducido. El enrollado es del sistema Compound. Un volante ventilador produce aquí un doble efecto; corrige las irregularidades del movimiento y, como á ventilador, impide el calentamiento accidental de las distintas piezas. Estas máquinas pueden moverse por medio de correas, en cuyo caso se las monta en bastidores que permitan graduar la tension de la trasmision, ó bien reciben directamente el movimiento del motor, para lo cual se unen á éste con un · manguito de union, como lo representa la fig. 255. Las máquinas del tipo C, que se establecen para el alumbrado por incandescencia, tienen una velocidad de 900 á r ,400 vueltas por minuto; el precio de las más rápidas es de 1 ,ooo francos, el de las más lentas es de 3,500 francos. Las primeras consumen, con marcha normal, unos 1 ro amperes; las segundas ro solamente. En cuanto á las dimensiones, las máqui11as con marcha de 1,400 vueltas tienen 565 milímetros de longitud, 275 de ancho, 360 de alto y pesan 90 kilógramos, las que dan 900 vueltas, tienen 1'16 metros de largo, 594 milímetros de ancho y 775 de alto; pesan 900 kilógramos. Máquina Thomson.-Houston.-Esta máquina data de 1880 y está muy extendida en América; la fig. 256 la representa en perspectiva. La seccion de la fig. 257 permite ver la forma de los inductores, consistentes en dos cilindros de hierro I I, huecos, que afectan la forma de las bobinas de los electro-imanes ordinarios. Las caras que- miran al interior son casquetes esféricos que cubren casi completamente el inducido. Estos núcles ó espigones están cubiertos por alambre de cobre aislado y sus puntas están unidas por espigas de hierro, todo lo cual da al conjunto de la máquina la forma de un cilindro echado horizontalmente en sentido de una de sus géneratrices. El bastidor de fundicion soporta las aletassoportes _del inductor y el eje del inducido, cuya forma es á poca diferencia esférica; la fig. 258 representa su aspecto exterior.

El armazon del inducido se compone de dos placas S S de hierro, entre ias cuales está situado cierto número de nervios a, a, igualmente de hierro; á esta especie de ~ntramado se enrollan las tres bobinas de alambre de cobre aislado que constituyen el circuito inducido. El enrollado se facilita por medio de las clavijas de madera J, J. _Las tres bobinas están inclinadas á r20 grados una sobre otra y están fijas por las fajas g, g, g. Se principia por enrollar la mitad de la primera bobina, luego la mitad de la segunda, toda la tercera, la segunda mitad de la segunda bobina y por último la de la primera bobina. Se reunen las tres entradas de los hilos en b; las tres salidas 1, 2 y 3, van á parar á las tres placas de .un conmutador. En este conmutador apoyan las escobillas, dispuestas por pares, y, en cada par, están inclinadas de 60 grados unas sobre otras. La posicion de las escobillas es la que gradua la marcha de la máquina segun las variaciones de resistencia del circuito exterior. Este mecanismo debe su movimiento al electro-iman, que se vé á la izquierda de la fig. 256, cuya armadura está en reiacion con los porta-esc(?billas, y estos movimientos se suavizan con la bomba de glicerina. Los segmentos del conmutador pueden cambiarse por medio de una disposicion muy ingeniosa; además, para preservarles de la accion destructora de las chispas, está provista la máquina de un fuelle que, al pasar los cepillos, arroja un chorro de aire á la superficie frotada. Los datos de las máquinas Thomson-Houston, de fabricacion corriente, varian en las proporciones siguientes: Número de vueltas por minuto. Intensidad en amperes. . . . Diferencia de potencial en los bornes, en volts. . . Peso en kilógramos. . . . . . Precio. . . . . . . . .

á á

2,500

270 2,750

20,000

150

2,350

La máquina que acabamos de describir está · destinada al alumbrado por arco voltáico; pero tambien existe otra máquina, de los mismos inventores, para el alumbrado por incandescencia.

APLICACIONES DE LA INDUCCION

Máquinas inglesas.-Como tipos de máquinas de fabricacion inglesa, representaremos la dinamo Norwich, la dinamo Phrenix, y el tipo H de W oodhouse y Rawson. La primera (fig. 259) es muy notable por su ligereza. La máquina para 200 luces solo pesa 1,268 libras inglesas y su consumo es casi de 10 watts porlibra. No produce chispas ~n)as escobas, gira silenciosamente y desarrolla poco calor. Sus espigones son de hierro forjado. En la máquina Phrenix, que representa la fig. 260, el apoyo y los espigones de los inductores son de una misma pieza; por estos espigones corren bobinas de armazon independiente. El eje del inducido está soportado por dos montantes de hierro forjado, con cojinetes de metal blanco. El eje es de acero y el colector de cobre estir~do cuyas diferentes planchas están aisladas cqn mica. La máquina dei tipo H (fig. 261), se destina rriuy especialmente á los trabajos metalúrgicos, pero tambien se presta á la alimentacion de los reguladores de arco y de las lámparas de incandescencia. · Máquina Rechnt.'ewski.-Segun la potencia de la máquin·a, el inventor adopta para el inducido la forma de tambor ó la de anillo; las grandes máquinas son multipolares, m_ientras que las de menor energia solo poseen dos polos; este último modelo está representado en la fig. 262. Los espigones de los inductores y del inducido están formados por planchas de palastro en forma de sacabocados, cuya plantilla v~ria segun el modelo de la- máquina. La fig. 263 representa la forma adoptada para las máquinas bipolares; a a representa el espigan del inductor y b es el inducido. Las planchas de palastro están aisladas unas dé otras por hojas de papel y reunidas en masa por medio de pernos. Constituidos así los epigones, se colocan, para el inductor, bobinas de madera cubierta con alambre de cobre; con relacion al inducido, se sujetan las rodelas de plancha á uµ manguito de bronce montado en un eje de rotacion provisto de rebajos para facilitar el paso del aire é impedir el calentamiento. Se

53 I

hace más enérgico el arco por medio dé unas aletas dispuestns en forma de hélice que forman, si así puede decirse, como una tureina aspirante del aire, que le distribuye á través de las cavidades practicadas en el inducido. Las bobinas del inducido se enrollan en los rebajos y dan á las planchas de palastro el aspecto de ruedas dentadas. Para aumentar la rigidez del sistema, las planchas de los extremos son más gruesas que las intermedias, cuyo espesor no excede de seis décimas de milímetro. El colector está formado por placas de cobre, aisladas con papel, y correspondientes á igqal número de bobinas; la presion de las escobas está a~egurada con m ue1les cilíndricos. Las figs. 264 y 265 representan la forma de las planchas de palastro que componen el alma del inductor y la del inducido en las máquinas multipolares más modernas; se ve en ellas que el inductor a a a rodea completamente el inducido b b. La fig. 266 representa el aspecto de los inductores provistos de sus bobinas. Las máquinas de dos polos de 12,000 watts marchan ordinFiamente á 1,200 vueltas; las de ocho polos, que pueden alcanzar 70,000 y hasta 100,000 watts, necesitan solo una velocidad angular de 300 vueltas; sus dimensiones son relativamente muy reducidas. La tension de la correa de transmision se obtiene por un cambio de la dinamo, por cuyo motivo se la monta sobre una corredera. Máquina · Westinghouse. - El sistema de corrientes alternativas que prevalecía al principio, cuando las máquina:; de la Alianr_a eran, puede decirse, las únicas que daban mejores resultados, se abandonó casi por completo para dar lugar á las potentes máquinas de corriente contínua; hoy dia se acude sin embargo al antiguo sistema desde que la invencion de los transformadores permite verificar la distribucion apropiada al empleo de dichas corrientes alternativas. Las dinamos de Westinghouse son de tres tipos, destinados á alimentar de 650 á 3,400 bujías; pesan de 2,250 á 6,oqo 1dlógramos, y giran, según el tipo, á razon de 1,650 á 1,175 vueltas por minuto. Diez y seis bobinas situadas al interior de un tambor concentran su accionen la bobina central, como lo indica la fig. 268; este es el

FÍSICA INDUSTRIAL 532 Los dos flancos de la máquina forman parte inductor. La fi.g. 267, que representa una secde las almas del inductor. Cada uno de ellos, cion de la máquina, menos el inducido, que se presenta en alzado, representa en f ª una de unido de frente con pernos, lleva 32 bobinas, cuyo conductor, formado al principio por las bobinas. alambre de cobre, está hoy dia compuesto de La construccion del inducido merece alguna esplicacion: su alma está form~da por discos hojas de cobre enrolladas, lo cual disminuye de hierro laminado • aislados por rodelas de notablemente su resistencia. El inducido está igualmente constituido por papel y provistos de agujeros que, ad~más de una placa de cobre en forma de espiral, como quitarles peso, favorecen el paso del aire y le representa la fig. 270. El número de sinuoevitan un calentamiento considerable. Cubierto con una envolvente aislante, el sidades es la mitad m·enor que el número de· cilindro así constituido recibe, en su contorno, las bobinas del inductor, de modo que cuando unas. placas no magnéticas m', en las cuales uno de los brazos de un mismo arco pasa por se colocan de plano las bobinas, mantenidas Jelante del polo de una de las bobinas, -el por dos fajas de la ton j •·j' (fi.g. 267). El enro- otro brazo se encuentra en frente del alma de llado de estas oobinas se verifica alternativa- la bobina siguiente (fig. 271), cuya disposicion mente de derecha á izquierda y de izquierda ofrece grandes ventajas, como vamos á ver. La hoja sinuosa de cobre está sujeta á un á derecha en dos bobinas consecutivas, ó en macizo fijo al eje de rotacion; las· varias espiotros términos; la salida del 'hilo de una bobina está ligada con la entrada del hilo de la rales están aisladas por medio de placas de · siguiente, esto se verifica así en cada una. de cauchú. En vez de estar constituidos los frotadores las mitades de la circunferencia y, en el diámetro que separa estas dos semi-circunferen- por haces de hilos metálicos, son piezas mecias, las bobinas adyacentes se unen por uno tálicas comprimidas sobre el colector por mede los extrémos por medio de su hilo exterior dio de muelles. De la posicion relativa del inductor y del y por el otro por su hilo interior. Estos puntos de union constituyen los polos de la ar- inducido resulta que, cuando una secciona b madura; son de polaridad contraria y evitan de una de los bucles del inducido pasa por descargas entre las bobinas, puesto que estos d':llante de un polo norte del inductor, la seccion e d del mismo bucle pasa por delante de polos están muy apartados . Los dos polos terminan en dos anillos lisos un polo sud. La seccion a b está atravesada por una corriente inducida de cierto sentido, y del colector con el cual frotan las escobas. El µúmero de bobinas inducidas es igual al la seccion e d por una corriente de sentido contrario; .mas, como estas dos secciones tiede las inductoras. Estas máquinas están excitadas por una má- nen ya por sí mismas direcciones contrarias, quina de corriente contínua, ó son auto-exci- estas dos corrientes se juntarán. Así pues, retadoras, en cuyo caso debe añadirse un co- latiyamente á la posicion que considerarnos, lector ó conmutador que enderece las corrien- todos los bucles están atravesados por cortes derivadas destinadas á la excitacion. Esta rientes parciales que suman su accion para formar una sola, iácil de recoger. U 11 efecto 2 absorbe unos - - de la energía total de la má- semejante se producirá cuando, por la rota100 cion del inducido, la secciona b, se encuentre quina. Máquina Ferranti. - Esta · máquina (fi- frente un polo sud y la seccion e d frente un gura 269) es muy notable por su original sen- polo norte; y como la suma de las corrientes cillez y su ligereza. Es de corrientes alterna- recogidas en este instante es de sentido contivas y se la puede excitar por medio de una trario á las del primer período, resulta -qna produccion de corrientes alternativas cuyo núdinamo cualquiera. Se la _d estina al alumbrado por incandes- mero, á cada vuelta de la máquina, depende cendia; los tipos de construccion corriente de la cantidad de bobinas que se encuentren pueden alimentar de roo á 3,000 lámparas de de frente; y el número obtenido, en un tiempo dado, depende de la velocidad de rotacion. 16 bujías-.

APLICACIONES DE LA INDUC:CION

533 Máquina MordeJ1. - En esta máquina, de · zados en telegrafía con los nombres de paracorrientes alternativas, construida en 1888, el rayos de papel, para-rayos de puntas múltiinductor está enrollado á un alma de hierro ples y -de hoja de gutapercha. ~0rjado que atraviesa el eje de rotacion. De Aplicacion del electro-magnetismo. esta alma salen unas prolongaciones, en forma Motores eléctricos.-Transporte de la fuerza. de ganchos, dispuestos por pares, en número de nueve, al rededor de la bobina inductora. Se llaman motores eléctricos las máquinas Estas prolongaciones, cuyos extremos polares te ven en la fig. 2J2, están cubiertas con casque transforman la electricidad en movimienquetes esféricos de latan, que tienen por ob- to, al igual que las máquiI].aS térmicas transjeto supri¡:nir el ruido y disminuir la resisten- forman el calor en movimiento. A los primeros motores eléctricos que se da del aire durante la xotacion. han construido se les llamó electro-magnéEntre las piezas polares pertenecientes á un ticos, en los cuales se utilizaba la fuerza mismo par existe un espacio hueco destinado al inducido, que se compone de 18 bobinas for- atractiva de los electro imanes como fuerza madas por almas de porcelana, al rededor de motriz. Tal fué el motor construido por Fro:.. . las cuales se arrollan unas fajas de cobre en ment. Segun el principio .de la reversibilid-ad, to- • sus ranuas. Todas estas bobinas, montadas en série, están ajustadas en el interior de un anillo das las máquinas dinamo-eléctricas podrán de bronce. La máquina ·que dá corrientes de utilizarse como motores, .con mucha más faalta tension gira á razon de 650 vueltas por cilid::id y economía, en atencion á que la corriente excitadora puede suministrarse por una minuto, y pesa 41 quintales. PEUGROS DE LOS GENERADORES MECANICOS, máquina idéntica. La máquina de Gramme de corrientes conMEDIOS DE PRESERVACION. - El manejo de las máquinas que engendran corrientes enérgicas tínuas, no tiene biela, ni manubrio, ni puntos y. la manipulacion de los conductores que dan muertos, po'r lo tanto se adapta muy bien para paso á estas corrientes, pueden producir acci- la transformacion · de la electricidad en tradentes muy grave5, que ocasionan á veces la bajo, y, por consiguiente, al transporte de la muerte de los operarios empleados en las fá- fuerza á una distancia más ó menos grande. MOTORES ELECTRO-MAGNÉTICOS.-:--La propiebricas de electricidad. La causa de estos accidentes debe atribuirse dad del electro--iman de recibir y perder insal paso de la extra-corriente de ruptura á tra- tantáneamente una enorme fuerza magnética, vés del cuerpo humano, más que á la circu- hace de· este aparato un órgano mecánico de lacion de la corriente directa, cuyas conmo- un empleo más y más frecuente en las -aplicaciones raras veces son mortales. Desde luego, ciones industrial es, en donde se le conoce á queda conjurado el peligro eliminando la ex- menud0 con el nombre de electro, al igual tra-corriente. A este objeto, Arsonval proque al kilógramo se le llama kilo. Una de las pone colocar-en derivacion, en los bornes de particularidades más inestimables que prela máquina, una série de -yoltámetros de hojas senta esta clase de fuerza, es que se la puede de plomo en agua acidulada. La fuerza elec- engendrar por medio de hilos conductores, á tro-m9triz de polarizacion de la bateria debe distancias considerables del lugar de operaser superior á la fuerza ·electro-Ill.otriz máxi- don y en el instante que se quiera, gracias á ma de la máquina; la derivacion es infran- la gran.rapidez de propagacion de la electriqueable con relacion á la corriente directa, y, cidad. En lo que sigue daremos á conocer somerapor consiguiente, no produce pérdida alguna; mente las principales aplicaciones del elecpor lo contrario, la extra-corriente de ruptura, que constituye el mayor peligro para el electro-magnetismo bajo sus diferentes aspectos, tricista, atraviesa así fácilmente los voltá- principiando pot los aparatos motores. Motores electro-mag néticos . - Del mismo metros. · modo que se puede obtener electricidad á exRaynaud · propone un procedimieuto más sencillo: emplear para-rayos, como los utili- , pensas del trabajo mecánico, así tambien s~

FÍSICA INDUSTRIAL 534 puede producir trabajo motor por medio de los electrodos sobre ·barrotes de hierro dulce, la electricidad; mas, debe confesarse que, que los atraen y les sueltan luego, por la lenhasta hoy dia, esta última transformacion no titud con que se verific;a la inversion del magha dado, bajo el punto de vista práctico y netismo en el hierro. Además, si los electroeconómico, los brillantes resultados obtenidos que se encuentran de frente fuesen de dos, como acabamos de ver, con las máquinas desigual fuerza, podria el más enérgico, á pesar de la accion de su hélice, dar un magnemagneto-eléctricas. La idea de aplicar los electro-imanes á la tismo contrario, en virtud del cual habria produccion de un trabajo mecánico, radica en tarrí?ien atraccion, en vez de repulsion. Las principales dificultades que deben venel torniquete electro-magnético. Los primeros cerse en e~tos motores provienen de la disexperimentos en · grande escala se hicieron minucion rápida de la atraccion al aumentar casi simultáneamente en Francia, en Italia, en la distancia y del deterioro de los conmutaAlemania y en América. dores, debido á la chispa proveniente de la exLos primeros ensayos seguidos y auténtitra-corriente producida á cada ruptura del cos de un motor electro-magnético, los practicó en 1839 Jacobi, en San Petersburgo. Se circuito. !.-MOTORES DE ROTACION DIRECTA.- La ficomponia el aparato de dos grandes discos gura 273 representa uno de los modelos imaparalelos, provistos de cuatro electrodos en forma de herradura cada uno y colocados ·per- ginados por Froment. R R es una rueda en pendiculares á-su plano. Uno de estos discos cuyo. contorno hay ocho barrotes de hierro era móvil al rededor de un árbol que p~saba dulce equidistantes y paralelos á su eje. Cuapor su centro. Cuando sus cuatro electrodos tro electrodos fijos á un soporte de fundicion se encontraban suficientemente aproximados accionan sobre estos barrotes y lamen las suá los del disco fijo, estos últimos atraian á los perficies polares sin tocarlas. Un interruptor primeros, y, en el instante en que los polos ó distribuidor movido por una rueda con de los dos sistemas se encontraban unos en dientes de sierra, representada en r, ha.ce pafrente de otros, unos conmutadores adapta- sar la corriente de una pila á los electro-imados al árbol giratorio invertian la corriente nes, en los momentos 1:nás convenientes. La en los electrodos móviles, que entonces eran corriente entra por- la espiga t, en un arco. repelidos. Al llegar estos electrodos al centro metálico fijo e e y de allí pasa á los electros, de la distancia que separaba los del disco fijo, por medio de tres piezas de galete, de las cuala atraccion se manifestaba nuevamente, y así les se vé aparte una en g u u' Una de estas piezas corresponde á los dos electros infeiba siguiendo el movimiento. · riores y los otros dos á los electros horizonEsta ·máquina se instaló en una lancha eón rued9:s; llevaba doce personas y marchó con- tales. La corriente que penetra en el arco ce tra corriente por el Neva á pesar de un viento pasa por el boton n al muelle l fijo á una masa violento. Suministraba la electricidad una de marfil n n'; luego, p__or medio de las_piezas pila de 128 grandes pares Grave. El trabajo de platino a, b, cuando están en contacto, va al muelle l', que, por el boton n; comunica mecánico era de 1- caballo-vapor. con el hilo del electro-iman. El circuito se 4 Posteriormente á estos tan notables ensa- cierra en a b por la rueda r, cuyos ~uatro yos, emprendió Page algunas tentativas en dientes levantan sucesivamente el galete g, América con aparatos muy potentes; y Da- adaptado al extremo del m~elle l'. El torvedson, en Inglaterra, haciendo marchar, de nillo v permite graduar la distancia entre los Edirnburgo á Glasgow, una locomotora elec- dos muelles. La energia de los electros es matro-magnética que hacia dos leguas por hora yor cuanto menor sea la distancia; la corriente no debe pasar más que en el instante en que el remolcando una carga de seis toneladas. Hoy dia, en vez de hacer obrar los electro- barrote se encuentra muy cerca del electroimanes unos sobre otros, invirtiendo las cor- iman, é interrumpirse así que la distancia · es rientes para sustituir las atracciones con re- mínima. Para regularizar la accion, se hacen pulsiones, se cree más ventajoso hacer obrar obrar los el~ctros unos des pues de otros, pues1

APLICACIONES DE LA INDUCCION

53 5

to que los barrotes no se aproximan á yada netiz:rnte m, cuya accion desarrolla magneuno de ellos en el mismo momento. Para ate- tismos contrarios en los dos discos . La imannuar el perjudicial efecto de la extra- corriente tacion se produce principalmente en el borde y de la chispa que produce en el instante de de los discos. Suponiendo fija la hélice, si el romperse el circuito, el distribuidor funciona hierro gira sobre su eje, la distribucion del de modo que la corriente no cesa en un ele- magnetismo no cambiará durante el movictroiman más que cuando ha pasado al ele- miento por la simetria que existe al,rededor ctroiman siguiente. Así, encontrando la extra- . de este eje. Si se aplicase el contorno de un corriente un paso más fácil hacia el hilo de disco de hierro al contorno del disco a, adheéste último, es mucho más débil la chispa de riría fuertemente á éste y sería arrastrado en su movimiento, constituyendo así como un induccion. Máquinas que obran hastá el contacto. - En engranage magnético. Si los discos a y; b apoel sistema anterior, qiaeda un pequeño espa - yasen en rails, tambien adherirían enérgicacio entre los barrotes y las superficies polares mente. Tocante al motor de que se trata, B A es de los electros y precisamente es á su contacto cuando estos últim9s obran con más un electro-iman circular de este sistema; lleva fuerza. De los experimentos de Marie-Davy tres discos de hierro dulce separados por_ las resulta que, cuanclo un barrote de hierro dulce dos hélices magnetizan tes e e, que, )unta mente con el electro, giran al rededor del eje o o'. es atraido por un electro, los 2del trabajo se Los discos resbalan por seis cilindros de hierro 4 producen en el último milímetro. Siendo p el dulce tambien, de los cuales se ven dos en r r. Estos cilindros giran al rededor de muñones peso levantado y x la distancia se tiene: .dispuestos en sus extremos, que atraviesan dos Ü 36k platos fijos, visto de perfil uno de ellos en d d' p = (x X 0'32)' y de frente en D D'. Los discos de hierro tiefórmula que, convenientemente integrada, dá nen practicados unos rebajos e, e, ... llenos de cobre, de modo que el contorno esté dividido el anterior resultado. Para obrar hasta el contacto, varios son los en seis partes provistas de cobre, que alternan constructores que hicieron girar unos ciHn- con seis partes de hierro. Cuando estas últidros de cobre provistos de rebajos llenos de mas se encuentran suficientemente próximas hierro, sobre un círculo de cobre cu_yas caras á los cilindros r, r ... la corriente pasa al elecpolares de los electros lamen la superficie intro-iman, la atraccion se ejerce, gira el sisterior. Una vez atraidas estas masas de hierro, tema B A, y al encontrarse el hierro atraído los cilindros giran sin resbalar, de suerte que en contacto con el cilindro r, cesa la corriente cada masa se va aplicand.o, á su vez, en las en el electro. El árbol o o' lleva tres electros caras polares, que inmediatamente pierden su semejantes á B A; · pero en ellos los rebajos imantacion. Los cilindros se .adaptan á los no están en frente de los de A B, para que los extremos de los brazos de una rueda cuyo ár- tres electros funcionen alternativamente. . El distribuido.r R, que hace pasar sucesivabol se encuentra en el centro del círculo de mente la corriente por los tres electrodos, cobre y que, necesariamente, gira mientras los cilindros efectúan su movimiento. Los apa- consiste en una rueda cuyo contorno presenta ratos construidos por Weatstone, Froment y seis partes metálicas que alternan con seis partes de márfi.l y en ella apoyan tres palan- Marié están basados en este principio. Motor de Larmen1eat. - La fig. 274 repre- cas de galete n, n, n, fijas á un círculo consenta un aparato dispuesto de un modo dis- céntrico á D D'. Este círculo gira sobre sí tinto y en el cual la atraccion se ejerce tam- mismo, y se le puede fijar en varias posici0bien hasta el contacto. El eÍectro-iman es nes, por medio de la palanca con tornillo de circular, del sistema Nick.les (fig. 275), que con..: presion D, para ajustar la posicion de las pasiste en un grueso cilindro de hierro dulce lancas n, n, n. La corriente que sale de la á cuyas bases. se aplican discos de hierro a, b. pila P llega ai arbol o o' por el hilo Zl' y de El cilindro está rodeado de una hélice mag- allí pasa, á través del dístribuidor R y una de

5.3 6

FÍSICA INDUSTRIAL

las tres palancas, al electro cuyo hilo comunica con esta palanca. La corriente vuelve á la pila por el hilo F, que comunica, por medio de tres muelles, con tres ruedas metálica s ·aislaJas m, á las cuales van á parar los hilos de los tres electros. II.-MÓTORES DE MOVIMIENTO ALTERNATIVO.

-La fig. 276 representa el aparato oscilante de Bourbouze. a, a' son dos ·pares de hélices magnetizantes, una de las cuales está representada de frente, en alzado y en sección en e e'. En cada hélice hay un barrote fijo de hierro dulce i que solo ocupa su mitad. Hay otros barrotes e, e', C, C', articulados al extremo de un balancín B O Bt, que se introducen más ó menos en las hélices. Al pasar una corriente por el par de hélices a, los barrotes de hierro fijos y móviles se ima¿tan en el mismo sentido y se atraen mútuamente, á la par que los barrotes móviles C se introducen en las hélices. Cuando la distancia es mínima, se interrumpe la corriente en a y se dirige á las hélices a' en las cuales se introducen los barrotes C' haciendo subir los barrotes C. De esta suerte el balancín adquiere un movimiento oscilatorio que se trasmite á un volante por medio de la biela by el manubrio m. El distribuidor, representado en o a', se mueve como la caja de una máquina de vapor, por un excéntrico e adaptado al arbol del vo!ante. La placa de márfil o o llev~ en su centro una placa metálica r en la cual apoya un muelle que comunica con el polo positivo n de la pila. Los muelles a, a', fijos, uno al hilo de las hélices a, el otro al hilo de las hélices a', apoyan en la placa o o'. Al moverse esta placa hácia la izquierda, como representa la figura, la corriente pasa de la hoja metálica r al muelle a, y se interrumpe la corriente en a' por apoyar el muelle a' en el márfil. Cuando la placa o _o se dirige á la derecha, por medio del excéntrico e, la hoja r pasa por debajo del muelle a' , y la corriente por a', interrumpiéndose al propio tiempo ésta en a. La carrera de los cilindros móviles es muy pequeña, puesto que las atracciones sólo se dejan sentirá muy poca distancia, de modo_ que, para que la manivela m pueda tener su ficiente longitud se prolonga el balancín B A. Observaremos tambien que las corrientes que

rodean los cilindros móviles, obraó. igualmente para que bajen. La accion de las hélices en los cilindros de hierro interiores la empleó Moncel para pro<lucir un movimiento alternativo de gran recorrido. Dos bobinas situadas una en la prolongacion de la otra, contienen un cilindro de hierro dulce. Por pasar sucesivamente la corriente por las dos bobinas, este cilindro se transporta de una á otra, tendiendo su punto medio á colocarse en la seccion media de la hélice que esté en actividad. Fessel construyó una máquina basada en el mismo principio, que empleó Page en sus experimentos; el cilindro electro-dinámico estaba compuesto de una série de hélices corta<;, puestas sucesivamente en &ctividad, de modo que el recorrido fuese de 0'66 metros. Aparato de Bou.x.-Este aparato presenta una disposicion muy original, por medio de la cual el hierro dulce se separa muy poco de la superficie polar, que le atrae, adquiriendo al propio tiempo un movimiento de oscilacion de amplitúd relativamente considerable. E (fig. 277) es un electro-iman trifurcado, cuyas superficies polares son horizontales y rniran hácia arriba. Encima está suspendida, por palancas articuladas Z, Z, una ancha placa de hierro dulce a b que, bajando cuando es atraida, avanza tam bien horizontalmente, y hace que las palancas Z, Z tomen la posicion vertical. Esta placa a b obra, por medio de la biela B, sobre la manivela m adaptada al árbol de un volante. Cuando la placa a b baja, otra placa a' b', dispuesta del mismo modo sobre un electro-iman E', se encuentra levantada é impelida hácia la derecha por la manivela m',· en cuyo instante, queda suprimida la corriente en E, dirigiéndose á E'; la. placa a' b' baja, y la placa a b es impelida hácia el arbol giratorio por 1~ manivela m; y asi siguiendo. Para que la corriente pase alternativamente de E á E', está provisto el árbol de un excéntrico metálico e, puesto en comunicacion con uno de los electrodos de la pila, el cual toca alternativamente los galetes r, r' montados -en unos muelles que comunican con el hilo de los electrodos. Los centros polares desarrollados en las placas a b, a' b, cambian de sitio durante su movimiento y deben ser de hierro ·dulce. '·

APLICACIONES DE LA INDUCCION

Trabajo de los motores eléctricos.-La potencia de los motores electro-magnéticos depende, con relacion á un mismo modelo, del núméro y dimensiones de los pares de la pila, y de la potencia de los electro-imanes . Esta potencia es proporcional, hasta cierto límite, á la intensidad de la corriente que les anima, y es tanto mayor cuanto mayor sea la seccion del barrote de hierro. Luego, para que las cor~ rientes intensas sean ventajosas, debe darse un gran grueso al hierro de los electrodos. Maximum detrabajo.-Observaremos que, durante el movimiento del aparato, no obran los electrodos con la misma energía que durante el reposo. Jacobi dice que la corriente se debilita notablemente en los electrodos durante la marcha del aparato . La extra-corriente que se produce cuando se cierra el circuito, concurre á este resultado; pero el efecto se debe muy particularmente á las corrientes inducidas in versas excitadas en las hélices por la aproximacion de los barrotes móviles que atraen los electros y que están animados por influencia. Estas corrientes inducidas, tanto más intensa's cuanto más rápido es el movimiento, neutralizan en parte la corriente de _la pila; que es, lo que se observa directamente, haciendo pasar la corriente de la pila á través de una brújula de tangentes , cuya desviacion es menor durante la marcha y tanto más cuanto mayor sea la velocidad, De esto resulta que el trabajo del motor no es proporcional á su velocidad, puesto que los electros se debilitan ' cuando esta aumenta. Apoyándose Jacobi en las leyes de Ohm y en las de las corrientes de induccion,· encuentra por cálculo que el máxim.u m de trabajo tiene lugar cuando la velocidad es tal, que la corriente de la pila se reduce á la mitad de su

FÍSICA. IND

537 intensidad durante el reposo del aparato; cuyo resultado es siempre el mismo, sea cual fuere el número de espirales de las hélices, mientras no cambie la resistencia total del circuito. En cada caso particular, el valor abspluto del trabajo máximo depende de la· dis_posicion del aparato y de la fuerza. electro-motriz de la pila. Por ejemplo, segun Jacobj, siendo este trabajo r con una pila Daniell, es de 1'75 con una pila Grove, para igual cantidad de 1_inc disuelto. Por lo demás, la relacion entre el trabajo útil y el zinc depuesto permanece invariable, sea cual fuere el sistema de par que se emplee. Observaremos tambien que, si la corriente de la pila se debilita por efecto de las corrientes inducidas, el consumo de zinc de los pares disminuye en la misma relacion.

· Comparact'on entre el trabajo de los motores .eléctricos y de vapor. - Practicó Becquerel en 1855 experimentos comparativos sobre el trabajo suministrado por los cuatro motores eléctricos siguientes: la máquina Larmenjeat, la de Roux, descritas anteriormente, un aparato de Loiseau, análogo á la máquina Jacobi, y un motor oscilante de Fabre'y Knuemann. Midió el trabajo con un freno dinamométrico de Prony, y la cantidad de zinc disuelto en cada par la evaluó por medio de un voltámetro de 3ulfato . de cobre situado en el circuito. Los apªratos de Larmenjeat y de Roux dieron los mejores resultados, que dependen del número de pares y de su disposicion y combinacion-, ya en série, ya en cantidad. La. pila estaba formada por pares de carbon y de zinc interior que presentaban una superficie de 0'85 decímetros cuadrados. En dos · de estos experimentos, el zinc era exterior y presentaba 2'625 decímetros cuadrados.

r.11.-68

538

FÍSICA INDUSTRIAL

NÚMERO

ZINC DISUELTO POR HORA Y

sin voltámetro.

con voltámetro.

por kilógramo.

por caballo de 75 kilógrámetros.

Kilogr:imetros.

Kilográmetros.

Gramos.

Kilógramos.

{ ,o pms simples. 10 dobles . . . . .

0'836

0'720

160

12'000

))

0'484

203

15<200

¡o triples . . . . · 10 cuádruples ..

1'028

0'900

4'500

1 '280

0'960

4' 575

0'829

0'562

174

13'050

))

0'450

142

ro'68o

1 '052

0'584

1 44

10'800

r' 5 50

0'850

132

9'900

3'660

1'500

88'7

6;640

r'6oo

1'330

44' 0

3'300

0'600

o' 415

28'9

2'200

Aparato rotativo de L . arrnenJeat.

TRABAJO DEL MOTOR ~

1 , 10

FA.RES

triples ..

ro simples.

Aparato oscilante 10 dobles .. de ro triples .. Roux. 10 cuádruples .. 8, zinc exterio .. \ 6,

interior.

Se obtienen pares dobles, triples ... etc., reuniendo 2, 3 ... etc., pares iguales. El consumo de zinc, por caballo, depende del número µe pares y del modo como están reunidos, siendo muy ventajoso dar mucha superficie al zinc. Segun el anterior cuadro, la máquina rotativa da el mínimo consumo de zinc, 4' 5 kilos con 10 pares triples. La máquina Roux, consume, con la misma pila, 6'6 kilos por término medio; con pares cuyo zinc tenga 2'62 de superficie en vez de 0'85, el consu!Ilo baja á 2'2 kilos. Los alambres de los electros eran gruesos y no muy considerable su resisten_cia. Adoptando 2'2 kilos por caballo y por hora, y suponiendo el kilo de zinc á 0 ' 70 pesetas, el precio del caballo por hora será de 1'52 pesetas, sin contar el precio de los ácidos y el entretenimiento de la pila. El trabajo de un caballo, suministrado por una máquina de vapor, necesita de 3 á 4 kilos por hora, y baja hasta 1' 5, con las máquinas perfeccionadas; si se supone el precio del kilo de hulla á 5 céntimos, el caballo-vapor costará de 15'20 á 7'5 céntimos por hora, y, ateniéndonos á esta última cifra, esto representa una suma veinte veces menor que el precio del zinc del motor eléctrico más perfeccionado. Debe advertirse que en los experimentos prac-

ticados con estos últimos aparatos, no se atendió á la velocidad máxima de trabajo, puesto que apenas se les dió la fuerza de ~ de hom-

bre. Froment construyó una máquina de rotacion directa de un caballo de fuerza que consumía 1 '60 pesetas por hora. Joule y Scoresby compararon el trabajo de los motores eléctricos y el de las máquinas de vapor, apoyándose en la termodinámica, suponiéndo que 1a parte del calórico del par que no produce efectos caloríficos se transforma en trabajo mecánico. Sea I la intensidad de la corriente cuando la máquina está en reposo, é i esta intensidad durante la marcha, las cantidades de calórico producido son proporcionales á los cuadrados de estas intensidades, ó á l', é i'. Además, con la intensidad i de la corriente se desarrolla un trabajo mecánico x, de suerte que el trabajo total, tanto calorífico corno mecánico es, durante el movimiento, igual á z's x. Si se supone que las cantidades P é i·s x son proporcionales á las intensidades I é i, y á las cantidades de zinc disuelto correspondientes, se tendrá i' x: l' = i: I; de cuya igualdad, multiplicando los . dos últimos términos por i, se deduce x: is+ x = I - i: I, que da la relacion

+ +

APLIC.ACIONES DE LA INDUC:CION

entre el tn¡bajo mecánico x y el efecto total mecánico y calorífico l• + x. Segun Joule, un gramo de zinc disuelto produce una cantidad de calórico que representa 52 kilográmetros. Sustituyendo l' x por 52, se tiene :

I-t" x-52 km _ _ I

En los experimentos practicados por Joule

y Scoresby con un motor ~e rotacion directa, obtuvieron un trabajo medio de 22 kilográmetros por grano de zinc disuelto, mientras que el trabajo teóríco calculado con la fórmula da 26. Luego, el trabajo efectivo del aparato, fué sólo

..! del trabajo teórico. Estos mis5

mos físicos calcularon luego que un-grano de hulla en combustion produce una cantidad de calor .equivalente á 445 kilográmetros. Si se supone que una máquina de vapor utiliza la décima parte solamente de este calórico, esto es, que sólo produzca 44'5 kilográmetros por grano de hulla ; dará el doble del trabajo del motor eléctrico que sirvió para los experimentos; y torno el zinc cuesta á poca diferencia 14 veces más que la hulla, se ve que, partiendo de lo dicho, el trabajo del moto1 eléctrico empleado será 28 veces más dispen. dioso que el de la máquina de vapor más perfeccionada. De todo lo que ~ntecede, resulta que bajo el punto de vista económico, las máquinas de vapor presentan una gran superioridad sobre los motores eléctricos citados. La idea . de sustituir el vapor por la electricidad no es posihle que pueda: realizarse si no se descubren medios directos de producir la electricidad con mucha mayor economía. Con todo, no dejan de prestar los motores ;lectro-magnéticos cierta utilidad en algunos casos; cuando se necesiten pequeñas fuerzas y grandes velocidades; en este caso son preferibles á los de vapor. La regularidad de sus movimientos, la facilidad de ponerles en marcha, de pararles instantáneamente y la posibilidad de hacerles marchar á gran distancia, les hacen muy convenientes en ciertas circunstancias, por esto se les emplea comunmente en los experimentos de física. Máquinas magneto-eléctrt"cas como motores. - La may.b r parte de las máquinas mag-

neto-eléctrt"cas, pueden funcionar como motores, haciendo pasar una corriente por el circuito de induccion, é interpouiedo un conmutador. En este caso, la corriente hace mover el aparato en un sentido jndicado por la ley de Lenz. Siempre que una corriente ó un lman .cambla en la próxünldad de un drcut'to cerrado, se forma en este ct'rculto una corriente t"ndudda, lnversa de la que deberla r ecorrerle para que lmprmt'ese al drcut'to inductor ó al lman el movlmlento que produce la t'nducdon. - La máquina de Gramme es la que mejor se presta á este experimento recíprow, y bien puede decirsi) que constituye el motor eléctrico-magnético más ventajoso, por su rendimiento muy superior al de los motores que · hasta el diá se han comparado, con las máquinas de vapor. De las leyes de la termodinámic9:, resulta: que el rendimiento 'de una máquina como motor es tanto -más considerable, cuanto más intensas sean las corrientes que dé la máquina, si está movida por una fuerza exterior. El siguiente experimento demuestra la reciproddad entre los dos efectos del aparato, el cual funciona alternativamente como generador de electricidad y como motor: se carga una pila secundaria Planté, por medio de la máquina Grarnme; luego, sin cambiar nada .de las comunicadones, se para la máquina y se la abandona á sí misma. Inmediatamente, se pone en movimiento rápido, bajo la influencia de ia corriente de la pila secundaria que, por medio de la electricidad le restituye el trabajo mecánico consumido para cargarla. . Bien puede asegurarse que el porvenir de Íos motores electro-magnéticos está en el empleo de la máquina Gramme ó de los aparatos fundados en el mismo principio. Tambien se la puede utilizar para transmitir el trabajo de una fuerza motriz á distancia. Una de estas máquinas, movida por una caida de agua, podria producir una corriente· que, por medio de alambres, daria movimiento á una segunda máquina . Experimentado esto por Gramme, consumiendo 75km de trabajo en uria primera máquina, produjo al mismo tiempo 39km en la segunda. Luego el r-endimiento fué de 0'50 aproximadamente. ·-

FÍSICA INDUSTRIAL

La traccion eléctrica TRACCION ELÉCTRICA EN LOS TRANWIAS. -

Entre todas las magníficas aplicaciones de la electricidad, la del alumbrado eléctrico es la que se considera como la más importante; pero por una consecuencia de nuestro temperamento, sentimos un interés especial y hasta una atraccion irresistible hacia todo cuanto se refiere almovimiento. Desde la desgradada tentativa de Philippart para aplicar los acumuladores á la traccion en los tranvías, casi puede decirse que este asunto se abandonó en Francia. Sin embargo, en muchos paises, y principalmente en Inglaterra y en América, se prosigue con insistencia el estudio de este trascendental problema. Diversas tentativas bastante recientes· inducen á pensar que los acumuladores pueden prestarse, (económicamente, se entiende) á la tracdon de los vehículos. Con respecto á esto, ofrece indudable interés al resúmen actual rde la cuestion, según los estudios de Reckenzaum; pero antes de entrar de lleno en el asunto, es útil presentar ciertas cifras de que los electricistas no han hecho gran caso y que se refieren á la cantidad de trabajo desarrollado por dos caballos para arrastrar un vehículo con 46 personas. Fijando en 13'6 kilógramos el esfuerzo de traccion por tonelada y en 4' 5 toneladas el peso á arrastrar, pueden darse á este .trabajo los valores siguientes. Recorrido por hora en millas.

Condiciones de la via .

7 6 ·6 5 4 3 4 5 3

via horizontal ))

pendiente de 0'013m

))

0'027 0'027 0'04 0'04

))

0'04

))

0'055

))

» ))

Esfuerzo necesario en caballos.

2'52

2' 16 4'32 5'40 4'32 4'32 5'76 7'20 5'40

El excedente de trabajo que requiere el paso de las curvas no puede determinarse con la misma precision. Depende del radio de la cuava, del juego más ó menos grande del eje en los botones las cajas de grasa y de la-dimension de las pestañas de la rueda. Fuer:r,a motri:r,. -Se necesita una fuerza más

considerable para el arrancado de un vehículo y para ir acreciendo su velocidad, que para mantener esta constante. La experiencia ha demostrado que el esfuerzo para el arrancado es cerca de cuatro veces mayor que el que se necesita para sostener el movimiento ya producido. No debe confundirse un carruaje eléctrico con un tranvía ó ferrocarril eléctrt'co. -1!1 carruaje eléctrico lleva en él mismo la fuerza que lo impulsa y no necesita de ningun agente exterior. En el tranvía eléctrico, hay máquinas dinamo-eléctricas fijas, colocadas en una estacion, que son las que suministran la ·corriente al motor eléctrico del vehículo, por medio de conductores especiales, ó por los rails. Siemens emplea en el tranvía de Portrush y en otras localidades, conductores aislados, á lo largo de la vía, para'conducir la corr_iente. En Brighton, Magnus y Volk, lanza la corriente por los mismos rails; pero las condiciones de la via son muy favorables; el suelo rocoso deja escapar fácilmente el agua y el lodo; los rails sobresalen por encima del terreno y la línea no está nunca atravesada por ningnn vehículo. En Blackpool se construyó un tranvía eléctrico que recibe la corriente por conductores colocados en un conducto subterráneo, entre los rails. Se ha practicado en este conducto una ranura longitudinal para establecer la comunicacion constante ·entre el motor del vehículo y los conductores. El carruaje eléctrico no necesita rails especiales, y no es obstáculo para nada á la circulacion de los carruajes ordinarios. Descripdon de la batería.-Un carruaje· eléctrico existe una batería, que ha de colocarse en él. La batería ha de ser ligera, ha de funcionar con seguridad, ha de suminis.trar una corriente tan considerable como lo exijan las condiciones de la· via, ha de costar menos que los caballos y no ha de despreuder olores. No pueden, por tanto, em. plearse las baterías primarias. A más de que el gasto de zinc seria mayor que el de los caballos, su servicio es enojoso y difícil. La invencion de las baterias secundarias ó acumuladores vino á simplificar mucho la cuestion. El actual elemento acumulador se compone de una caja de madera de teck recubierta in-:

APLICACIONES n"!l LA INDUCCION

teriormente de plomo, donde se colocan 2 r hojas de plomo, que pesan con sus bornes y contactos unas 26 libras. Diez de estas hojas, en comunicacion entre sí, constituyen el polo positivo y las otras once el negativo. Cada hoja positiva está llena de agujeritos reflenados con una pasta de minio. Las hojas negativas llevan litargirio. La caja está · llena de agua acidulada por el ácido sulfúrico: la disolucion tiene una densidad de 1'r50. Se cierra la caja con su tapa para impedir salte el líquido. Ni el plomo, -ni ninguna de las otras substancias se consumen ó gastan por el uso, y la bateria duraria indefinidamente, si las oxidaciones sucesivas no hicies~n tan quebradizas las placas, que acaban por caerá pedazos al cabo de a1gun tiempo. Es preciso renovarlas de cuando en cuando, pero podria utilizarse el plomo viejo. El motor eléctrico está destinado á transformar la corriente eléctrica en trabajo mecánico. Para un carruaje de tranvía es preciso que el motor sea muy poderoso, y al mismo tiempo de pequeño volúmen y muy ligero; Reck.ensaurm se ha dedicado á satisfacer estas ultimas condiciones. Ha llegado á construir una diqamo que se ha sometido á pruebas muy sérias en condiciones bien difíciles. El carruaje que adopta está provisto de dos dinamos ó motores capaces, de desarrollar separadamente, nueve caballos y sólo pesan 420 libras. Los motores accionan sobre cuatro ruedas motrices, de modo que hay una adherencia suficiente. La velocidad de los motores es muy considerable {r,ooo revolucianes por minuto), cuando el carruaje lleva una velocidad de 7 millas por hora. Por esta razon se han necesitado órganos intermediarios de transmision entre el árbol motor y el eje motor. La transmision intermedia se compone de un tornill_o sin fin colocado sobre los dos árboles de los motores, y de ruedas dentadas colocadas sobre el eje motor, que reducen la velocidad en la relacion de 12 á r. Estos en-granajes van completamente encerrados, del mismo modo que los motores; pero por medio de aberturas ó registros que hay en el suelo del carruje, pueden registrarse, poner grasa, etc. Se regula la velocidad y el esfuerzo de traccion del vehículo por medio de un conmu-

54 1 tador, que modifica los circuitos de los motores montándo'Ios en séri_e ó en derivacion. El conductor del vehículo, lo pone en movimiento ó lo detiene y le cambia la velocidad ó el esfuerzo, por medio de una simple palanca. No hay resistencia eléctrica inútil, lo cu:;l suprime por lo tanto toda pérdida de fuerza, cualquiera que sea la velocidad de marcha. Los órganos para la maniobra están insta_lados en los dos extremos del carruaje. Es claro que se podría modificar la velocidad, disminuyendo ó aumentando el número de elementos en accion, lo cual cambiada la fuerza electro-motriz; pero este método es perjudicial al servicio de los acumuladores: pueden unos elementos descargarse antes que otros, y luego al cargarlos todos, unos recibirían un exceso de carga que no podrian almacenar y se perderia. Además, se perjudican mucho de este modo los acumuladores. En ambas plataformas del carruaje hay la palanca vertical del freno ordinario que generalmente se adopta para los tranvias. Cuando se gira-la manivela, se arrolla una cadena alrededor del árbol y las ocho zapatas se aplican á la vez sobre las cuatro ruedas del ve- , hículo, el c_u al se para casi instantáneam·e nte. Pero, además del freno ordinario hay el freno eléctrico, con el cual los motores funcionan como dinamos generatrices, accionados por las ruedas, en virtnd de la velocidad adquirida. La fuerza viva se transforma en electricidad y la corriente form_a da en este rnom~-n to se emplea en imantar las zapatas del freno, aumentando así su adherencia sobre la llanta de las ruedas. La capacidad de los elementos empleados en el carruaje es de 150 amper-horas: no se agotan enteramente, pues cuando se les lleva á la carga contienen una reserva de 30 amperhoras. La carga que se utiliza, de 12p amperh.oras, es suficiente para arrastrar el vehículo, lleno de viajeros, durante dos horas, para un trayecto de 19 kilómetros, en ui;ia via que ofrezca las condieiones ordinarias de esta blecimien to, con frecuentes paradas. · Para cargar 60 elementos á 32 amperes, durante cuatro horas, y reemplazar cada dos horas los acumuladores del vehículo, se necesitan 14 caballos-vapor por carruaje. Suponiendo que el recorrido diario de un vehículo

FÍSICA INDUSTRIAL 54 2 sea de u6 kilómetros, y que una sola má- cuesta, pues, por año, 125,500 pesetas, ósea quina alimente muchos, el gasto de combus- 35 céntimos por milla y por carruaje. p ARALELO ENTRE LA TRACCION POR MEDIO DE tible es de cuatro libras por caballo. La carga tiene lugar durante 12 horas por dia. Resulta LA ELECTRICIDAD Y LA TRACCION POR FUERZA un gasto de 3 55 kilógramos de carbon por ANIMAL. - Segun Reckenzanm, la traccion carruaje y por dia, que representan un con- elécfrica presenta sobre la animal las ventajas sumo de diez libras de carbon por milla. Los siguientes: r. ª Economía én el coste de la explotacion 355 kilógramos valen unas 22'50 pesetas, de modo que el gasto por milla sale á o'ro pesetas. que, como hemos visto, se puede valuar en En cuanto á las locomotoras de vapor para_ 3 5 céntimos de ·peseta por milla (1,610 melos tranvías, estas consumen 9 ó ro libras de tros), comprendiendo la depreciacion del combustible por milla, de modo que los gastos matenal. 2 ." Facilidad en transformar en vehículos de car bon con ambos sistemas, el de ~la loco·motora eléctrica y el de la de vapor, serian eléctricos todos los carruajes del sistema ordinario de tranvías. iguales. 3 ." Reduccion del número de piezas del Esto se explica por dos motivos: r. º El peso de la locomotora de vapor es mecanismo sujetas al desgaste. 4." La carga por unidad de seccion de cuatro veces mayor que el de los acumuladores, del motor y del mecanismo eléctrico: se rail es menor que en el sis-tema por caballos. 5. ª Traccion invisible, silenciosa y segura. necesita, pues, para el primer sistema, una 6." Basta un operario que no necesita gran fuerza mayor. En igualdad de trabajo, una locomo- habilidad, para cada carruaje. 2. . 7. ª El vehículo puede comodamente estar tora gastará siempre más carbon que una mápor la luz eléctrica, que, en este alumbrado quina fija. La pérdida resultante de la transformacion caso, tiene la ventaja de-ser má~ económico y de la fuerza del vapor en electricidad, y la más limpio que por el aceite. La fuerza requesubsiguiente de esta última, en fuerza mecá- rida para la luz €S casi nula: las lámparas nica, está más que compensada por las ven- eléctricas de una intensidad de 20 bujías, no tajas mecánicas inherentes al empleo de la gastan más que tres amper- horas, de las r 50 amper-horas que llevan los elementos. electricidad. 8.' El sostenimiento de la vía perman.e nte GASTOS DE INSTALACION Y DE ENTRETENI(comprendiendo el empedrado), cuesta menos MIENTO. - Las máquinas de vapor fijas, calderas, aparatos dinamo-eléctricas, mecanis- que con los carruajes tirados por caballos, los mos é instrumentos necesarios para una es- cuales estropean bastante el suelo. Además, tacion que requiera el servicio de doce carlos rails existentes pueden servir para el sisruajes eléctricos, sube á ioo,ooo pesetas. El tema eléctrico, sin que haya necesidad de servicio de los aparatos mecánicos en la es- nada nuevo. 9." El emplazamiento que · ocupa la estatacion de carga, costará por año 27,500 pesetas . El combustible (á 22'50 pesetas por tone- 'cion de la electricidad, es mucho menor que lada), agua, aceite, trapos, etc. 35,000 pesetas. el que exigen las oficinas y la~ cuadras para La depreciacion de la maquinaria á razon de el mismo número de vehículos. roª La~ máquinas de carga pueden, . duro por roo al año, representa 10,000 pesetas. Los carruajes, completamente listos para rante la noche, trabajar para alumbrar los esmarchar, pueden valuarse en r 50,000 pesetas, tablecimientos próximos con poco más gasto, á los cuales puede aplicarse una amortizacion y por aquí se obtendrá una nueva ganancia. de 35 por roo, lo que dá un gasto anual de Tranvía eléctrico de Clevdand. 52,500 pesetas. El gasto anual de traccion será pues Desde el mes de agosto de 1884, La East 27,500 + 35,000+ 10,000+ 52,500= 125,000 Cleveland Horse Railwai C.º, ha sustituido pesetas. La traccion eléctrica por acomuladores la elec~ridad á la traccion por caballos sobre 0

APLICACIONES DE LA INDUCCION

su red; y despues de inmensos ensayos, la electricidad lía obtenido el más completo éxito. El sistema establecido_ consiste, como de ordinario, en el empleo de máquinas de vapor y de dinamos pero los conductores eléctricos van colocados en un cónducto especial. Un conductor parte del carruaje y, atrave a. sando una hendidura vertical que el conductor tiene--superiormente en toda su longitud, frota resbalando constantemente con los conductoes fijos, que comunican, con las dinamos generatrices de la estacion. He aquí el coste de instalacion y de traccion de una línea de tranvía de doble vía, de ocho kilómetros de largo, con un servicio de 40 carruajes, segun se haga la traccion por caballos, 'por la electridad ó por cables. i

Coste de una linea nueva. Para caba_llos .. Para e:tectricidad .. Para cables.

162,000 doll ars » 344,roo 414 ,75 0 ))

G astos anuales de traccion . Por caballos. . Por la electricidad. Por cables . .

102,960 dollars 3°,5 5 1 )) 75,59° ))

Economía anual de traccion. La electricidad contralos caballos obtiene una economía de.. La electricidad contra los ca bles produce una economía de.

72 ,900 dollars

45 ,o36

))

354 vías de vapor que parten del casco antiguo de la ciudad. En cuanto _á los caballos, á despecho de su uso universal, no podrán continuar durante muchos años para la haccion de los tranvías, en razon á los gastos elevados queoriginan, en comparacion con los otros sistemas. En los Estados-Unidos y en-el Canadá se emplean- 85,890 caballos para arrastrar 17 ,330 carruajes, ó sea, por término medio cinco caballos por carruaje: en el invierno, el término medio llega hasta ocho, y aun diez caballos. Aderr¡ás de esto los caballos no pueden prestar servicio más que de tres á cinco años. Holmes indica un gasto de 50 á 75 céntimos por milla en el sistema por cables y So y 125 céntimos empleando caballos. La traccion por ca ble ha tomado un gran desarrollo en América; pero en vista del enorme capital de instalacion, que exige y del pequeño rendimiento mecánico de este • modo de transmision de fuerza, Martín duda que este sistema puede prevalecer sobre el de la tracdon eléctrica. La Compañía Kansas Ct'ty Cable, dice que de 1 6 0 caballos-vapor producidos, 120 son absorbidos en pura pérdida para mover el cable y no quedan más que 40 caballos útiles para la traccion de los carruajes_, ósea un 25 por 100 de la potencia total producida. Holmes calcula un rendimiento menor aun que el 25 por 100: calcula sola)Ilente el 18 '5 por 100 para el remolque de un carruaje que se mueva á razon de nueve millas por hora. La doble línea ·de San Fra:q.cisco, que tiene dos millas de largo, ha costado, comprendidos todos los gastos, dos rrJ.t'-

Estos números , demuestran que la econo- llones de pesetas. mía realizada por la traccion eléctrica sobre Pasando á los tranvías eléctricos, los divide la por caballos, compensa ampliamente el au- Martín en cuatro clases, una que comprende mento de coste .que lleva consigo la inst la- el sistema de tres rails, otra el de conductores aéreos, otra el de conductores subterráneos y cion eléctrica. _Según Martín, no puede emplearse el va- otra el de acumuladores. por en los tranvías del interior de una ciudad, .En Baltimore se emplea desde hace pocos á causa del humo y de las escórias del car- años el sistema de tres rails. El coste por carbon; y la mejor prueba de esto es que hace ruaje y por dia era de 33 francos con el sistecincuenta años que se le emplea para las coma de caballos, y ha bajado á 20 francos con municaciones extramuros, y no se ha pensado el sistema eléctrico. Y, sin embargo, en Balnunca en sustituir el vapor por los caballos en timore el carbon es caro, p0rque cuesta á 18 el iqterior, á menos que se disponga de calles francos la tonelada. En Detroit se emplea un muy anchas y relativamente de poco tránsito sistema análogo con mayor éxito aun, porque -pedreste y rodado, como sucede en el ensan- se quema polvo de carbon que se paga á siete che ele Barcelona, que ya le cruzan dos tran- francos la tpnelada.

FÍSICA l:NDUSTRIAL

544

Entre los sistemas de conductores aéreos, el de Van Depoele se ha desarrollado bastante; pero sucede en éste, como en el anterior de tres rails, que hay que emplear pequeñas fuerzas electro-motrices. El sistema de doble hilo aéreo no cuesta más de 8 á 10,000 francos por milla. El empleo de conductores subterráneos ofrece la ventaja de poder utilizar gra~des diferencias de potencial. Pero el precio de la explotacion es más elevado, aunque muy inferior al de los sistemas de cables y de caballos. Hé aquí, segun Blackwell, el precio de instalacion y _de sostenimiento de uua línea de 5,200 metros de doble via, donde cada car. ruaje debe marchar veinticuatro horas por dia, á razon de 7 millas por hora. ¡NST ALACION Pesetas.

Conductos y conductores, rn,ooo ~etros. . 37 motores eléctricos, á 6,000 pesetas .. 12 dinamos de 50 caballos .. Estacion ó edificio y fuerza motriz. Total.

5r8,400 222,000 150,000 180,000 1.070,000

GA-STO ANUAL Pesetas.

Carbon, I4 toneladas por dia, á 15 pts .. Ingeniero y ayudante .. Dos maquinistas .. Tres fogoneros .. Material rodante. Intereses de la construccion, á 6 por 100 .. Depreciacion del material, á 3 por rno.

76,650

mente se usa, puede con facilidad ser tianstormado para recibir los acumuladores y el motor eléctrico. Aun cuando, hoy por hoy, no hay bastantes datos para establecer exactamente el coste de la traccion por acumuladores, se puede decir que no excederá de la cuarta parte del sistema por cable. La superioridad de la traccion eléctrica~está desde ahora claramente establecida, tanto bajo el punto de vista de la comodidad, como bajo el punto de vista del gasto. El adoptar tal sistema con preferencia á tal otro, es lo único que falta determinar, y esto no tardará mucho en resolverse, porque la cuestion se estudia formalmente bajo varios aspectos y por .hombres eminentes. Añade Martin que la energía requerida para la traccion por acumuladores es de s¡~ de cal:lallo-hora por kilómetro, y que el gasto de carbon es de 88 kilógramos por carruaje y por dia, ó sea 26,400 kilógramos al dia para 300 carruajes. Teniendo en cuenta • el coste del alumbrado, el sostenimiento, depreciacion del material, interés del capital y gastos imprevistos, J ulien calcula el gasto en 20 pesetas por carruaje y por dia. LA TRACCION ELÉCTRICA EN LAS MINAS.-La

cuestion de la transmision eléctrica de · la · 8,210 tuerza á distancia se estudia de distinto modo 7,300 segun los paises. Mientras que en Francia 8,210 rno,ooo Despretz se propuso el transporte .de una 64,150 fuerza de 100 caballos á 60 kilómetros de dis32,075 tancia; que la Compañía eléctrica, despues de haber dado á Geneste y Herschel la solucion 2 96,595 Total . . más sencilla del problema de la ventilacion del Hotel de Ville de París, se propone apli· Martin aborda luego la traccion por acucar este sistema á la nueva Escuela Central, muladores, mas no sin cierto temor, porque los americanos miran generalmente como lo- y tiende á introducir en los aparatos elevacos á los partidarios de este sistema. Recien- torios y en las máquinas-herramientas la transtemente se han hecho ensayos en Lóndres por mision eléctrica en lugar de los engranajes y la «Compafüa del Tranvía Metropolitano.»Eo correas; en Alemania y en Inglaterra la atenla Exposicion de Am beres, el tranvía elétrico don se concentra sobre los caminos de hierro de Julien se llevó el primer premio despues eléctricos. Entre estas formas diversas de utide luchar seis meses con tranvías de vapor y . lizar la energía de la electricidad, seria temerario establecer una superioridad. Atendiendo de aire comprimido. . Si es verdad, por un lado, que el enorme á la traccion eléctrica, veamos cual es la espeso de los acumuladores que hay que arras- tablecida en la mina alemana Zankeroda. trar es un gran inconveniente, por otro lado, - El camino de hierro eléctrico está colocado cada carruaje ofrece la ventaja de ser inde- en el pozo Oppel en el través-bancos del quinpendiente, y el material rodante que actual- , to piso, á la profundidad de 220 metros. Esta

545 convenidas, una aceleracion de movimiento, ·una parada ó una marcha. Los trenes ó convoyes se componen de 15 carretones de 5 hectólitros ó 175 kilógramos de carbon. La duracion del trayecto de 620 metros es de cuatro minutos, por término medio, lo·· que corresponde á una velocidad de 2'6 metros por segundo. La locomotora, tanto al ir como al volver, empuja siempre los carretones. Llegada al extremo de su trayecto, cambia de vía por medio de agujas, se coloca detrás de los carretones y se pone en marcha en sentido contrario. El rendimiento de la transmision eléctrica, es decir, la relacion del trabajo de la locomotora al gastado por el motor de vapor en la máquina generatriz, es de 47 por roo. Para una fuerza efectiva de la máquina de vapor de 11'2 caballos, desarrollada cuando ruedan los 15 carretones cargados, se ha encontrado como trabajo de traccion de la locomotora 4' 18 caballos. Si se evalua en 25 por roo de este trabajo el absorbido por los engranages de la locomotora, frotamiento de las ruedas, etc., el trabajo realménte suministrado por la transmision eléctrica es de 5'22 caballos. Los gastos completos de instalacion se han elevado á la suma de 20,297 pesetas, cuyo detalle es como sigue:

APLICACIONES DE LA INDUCCION

galeria á través-bancos tiene 720 metros de longitud. El camino es de dos vias, una para los vagones llenos y otra para los vacíos. La traccion eléctrica no se efectua más que sobre 620 metros, porque . hay reservados en cada extremo 50 metros para la formacion de los trenes. La máq uiná eléctrica generatriz y su motor de vapor están instalados en la superficie, á 63 metros de distancia del pozo. La velocidad de rotacion del inducido es de 750 á 850 · vueltas por minuto, para una velocidad de 225 á 250 vueltas del motor. · · Los conductores son: 1. en el exterior de la máquina del pozo, dos hilos de cobre desnudo de 6'5 milímetros de diámetro; 2. en el pozo, para la ida, un hilo de cobre de 6'5 milímetros, envuelto en gutapercha, plomo y una armadura de hilos de liierro galvanizado; para la vuelta, un cable compuesto lo mfamo, pero sin la armadura; uno y otro están suspendidos cada ro metros en ganchos; 3. en el través-bancos, b.ay dos líneas de rails de forma de T in"'ertida, fijados en coronas sobre aisladores. La locomotora, que sirve de máquina eléctrica receptora, va relacionada con cada línea de hierro en T por un pequeño cable metálico terminado por un frotador de contacto. Estos frotadores son arrastrados por la máquina y pueden resbalar sobre los rails y por ellos entra y sale la corriente. Pesetas. Material suministrado por Siemens y Las dimensiones de la locomotora sop.: 2'13 Halske .. 17,500'00 metros de largo; 0'80 metros de ancbo; 1' 50 á Transporte de Berlin Zankeroda. 34.3'75 metros de . alto. Su peso es de 1,600 kilóUniones de vapor, correas .. .39.3'75 gramos. Instalacion de las señales. . .39.3'75 La locomotora está construida. simétricaFornituras diversas, rails, cond.res. 466'75 mente de delante atrás. A . uno y otro lado I ,200'00 Colocacion y montaje. se encuentran las palancas de toma de la corLos gastos para un transporte de 660 carreriente, de cambio de marcha y de freno. En cada extrem() de la línea, el maquinista pasa tones en r6 ?oras de trabajo son de 14'68 pede un lado á otro, poniéndose del lado del setas, que se descomponen del modo siguiente: convoy. Pesetas. A lo largo de la galería á través-bancos, se A l_os maquinistas de la locomotora á raencuentran suspendidos en anillos, dos hilos zon de un céntimo por carreton.. . 6'60 de cobre desnudos, aislados, que c01punican Combustible.. 2'80 con un timbre de aviso colocado en la super3'91 Maquinistas de fuerza.. ficie. Para hacer funcionar este timbre, basta Conservacion del material. 1'37 que el conductor de la locomotora oprima con Lo cual resulta á 2'22 cénts. por carreton. la mano los dos hilos el uno contra el otro, Si á esto se añade e_l por roo del capital, lo cual le permite pedir, por medio de señales T. II. -69 · FÍSIGA IND. 0

FÍSICA INDUSTRIAL

en concepto de intereses y amortizacion, llegamos á la cifra de 3'76 céntimos por carreton. Repitiendo estos cálculos para una produccion de 800 carretones, que el camino de hierro eléctrico transportaria perfectamente, se obtendrán 2'r r céntimos como coste-del transporte y 3'37 si se tiene en cuenta el interés y amortizacion del capital. Se ha hecho la comparacion siguiente entre los gastos de transporte en la galeria á travésbancos de 5° piso del pozo OppeL Coste de traccion por carretones de 5 hectólitros para un trayecto de 520 metros.

Cantidad trans-

portada por dia (16 horas).

TRANSPORTE ELÉCTRICO

con sin 1 el 15 por 100 del capital de instalacion.

Transporte por caballos.

Transporte

por ronleurs.

Carretones.

Céntimos.

Céntimo~.

Céntimos.

660 800

2'22

3'76 3'37

4'63 4'62

7'75 7'75

2'II

En resumen, el sistema del camino de hierro eléctrico, aplicado á la explotacion de las minas, parece que da buenos resultados. Forster afirma que no se producen perturbaciones ó desarreglos. La humedad de la misma no puede constituir un obstáculo, puesto que el tranvía eléctrico construido cerca de Berlín, de _C harlottem bourg á Lichterfelde, sobre una longitud de 6 kiiómetros, no experimenta ninguna alteracion e11 los tiempos lluviosos. Los conductores de la corriente en este camino sor¡ cables de cobre desnudo aislado sobre postes. LA GRAN LOCOMOTORA ELÉCTRICA.-La gran locomotora eléctrica construida para los ensayos en el tranvía aéreo de New-York, se llama Benjamín Franklin, en me~oria de este hombre tan eminente. El motor eléctrico es una dinamo Daft, con el inducido Gramme. El bastidor reposa sobre dos ruedas motrices de r '2 rr,.etros de diámetro y 'dos ruedas traseras que soportan la platafo1:ma del conductor. La transmision del moviII\iento del motor al árbol de las ruedas se hace por frotamiento directo con poleas de llanta ondulada. Las poleas están calculadas de manera que una vuelta de las ruedas mo-

trices corresponde á 5 vueltas del árbol de la dinamo, pero la velocidad tangencial del anillo es 2'8 veces la de la llanta de las ruedas motrices. El motor está articulado en uno de sus extremos, de modo que puede subirse más ó menos por medio de un tornillo y así variar la presion entre· las poleas frotantes, proporcionando ~a ·adherencia al esfuerzo de_ traccion. El cambio de marcha se efectúa por medio de cuatro escobas, dos de las cuales tienen la posicion que corresponde á la marcha de avance y las otras dos á la, de la marcha atras; claro es que un par de escobas es el único que funciona en cada caso. La velocidad y el esfuerzo de traccion se regulan modificando el acoplamiento de los inductores sin echar mano nunca de resistencias adicionales, lo cual permite col0car la máquina en las mejores condiciones de rendimiento compatibles en cada caso particular. El mismo principio del apareamiento variable se aplica á los frenos eléctricós, cuya accion se regula así á voluutad é instantáneamente. La corriente llega desde la estacion central al motor de la locomotora por un rail central de acero, sostenido de trecho en trecho por aisladores especiales hechos con madera impregnada de asfalto. La experiencia ha demostrado que el aislamiento era suficiente en la práctica para la línea actualmente en explotacion, que tiene cuatro millas, dos de ida y dos de vuelta. La· corriente la toma del rail central un rodillo de bronce fosforoso que se puede bajar y subir á voluntad desde la locomotora para permitir el paso por ciertos sitios. La fábrica de electricidad que alimenta esta línea contiene tres máquinas Daft, dedicadas al servicio de la traccion y una cuarta máquina q_ue se dedica al alumbrado de dicha estacion. La locomotora ha sido constniida para una potenci~ de 75 cabaflos; pesa nueve toneladas. El empleo de la electricidad para transmitir la fuerza á distancia tiene, entre otras ventajas, la de poder trasladar de uno á otro sitio el material segun las exigencias del servicio.

APLICACIONES DE LA INDUCCION

En este sistema no se necesitan construcciones fijas, ni canalizaciones subterráneas; las máquinas y los conductores son bastante ligeros; su instalacion cuesta poco, y· los gastos de instalacion no tienen importancia. Este lado de la cuestion no ha pasado desapercibido á los ingenieros, que se preocupan ante todo en obtener un resultado determinado, inmovilizando el mínimum del capital. El siguiente ejemplo es una prueba de ello. U na • de las primeras aplicaciones de la transmision eléctrica de la -fuerza que se ha hecho, fué organizada por Mathet, para mover un ventilador en el pozo de Saint-Claude de las minas de Blanzy. Durante el trascurso de 1881 funcionaron los aparatos dando resultados muy satisfactorios hasta el dia en que, por suspension de los trabajos en dicho pozo, quedaron disponibles las dos máquinas Gramme que se habian instalado. Ocurrió entonces á Graillot la idea de utilizar este material para un servicio de distribucion de agua: se trataba de tomar agua del rio La Sorme, impeliéndola á una distancia de .290 'metros y altura de .20 metros. La fuerza habia que tomarla sobre la transmision del ventilador del pozo Saint-Elisabeth; la distancia entre las dos máquinas Gramme era de 975 metros y la receptora ponia en movimiento una bomba centrífuga Dumont. Los dos hilos ó cables que formaban la transmision eléctrica se suspendieron simplemente sobre postes ó perchas telegráficas. El cable de lda de la corriente estaba formado por siete hilos de cobre de r'r milímetros de diámetro cada uno, envueltos con tela alquitranada y cauchú. El cable de vuelta estaba formado por siete hilos de hierro de ¡'8 milímetros de diámetro, dando una seccion transversal total de 30 milímetros cuadrados. Este cable va desnudo, y para sostenerlo en los postes se le pone un manguito de cauchú. Esta disposicion que de tan primitiva no es recomendable, resulta á veces muy económica, y en las circunstancias de esta explotacion puede considerarse como suficiente. El ventilador gira á la velocidad de 50 vueltas por minuto; para dar, al principiar, á la máquina Gramme su marcha normal, se montó una doble transmision; la primera

547 co1.-responde á .200 vueltas y la segunda á_800 por minuto, lo cual permite que la generatriz marche á 1,600 vueltas por minuto. La segunda máquina Gramme ó receptora marcha á 1,.200 vueltas, y mueve la bomba, que da por segundo litro y medio de agua elevada, ósea 5,400 litros por hora. No se ha medido exactamente el trabajo que se toma del árbol del ventilador; sin embargo, si se tiene e_n cuenta que se elevan á cada segundo r '5 litros de agua á .20 metros, lo cual representa un trabajo de 1 '5 X .20 = 30 kilográmetros; teniendo en cuenta la pérdida de presionó de altura en el tubo de impulsion (ó trabajo de rozamiento), tubo que tiene de diámetro 50 milímetros, lo que daria una pérdida de 9 kilográmetros; atendiendo ademrts la pérdida debida á la bomba, cuyo rendimiento no pasará de 50 por roo; á las resistencias pasivas de la máquina eléctrica; teniendo todo esto en cuenta, se llega á la conclusion de que: la corriente eléctrica á su llegada á la receptora, debe corresponder á unos 90 kilográmetros, para producir el trabajo arriba indicado. El poco desarrollo de la línea (1,550 metros) autoriza para admitir, aun en las desfavorables condiciones de la instalacion, un rendi- · miento de 50 por roo. Luego, se vendrá á tomar sobre el árbol del ventilador una fuerza de unos .2 '/, á 3 cab~llos. Poca importancia hay que dar, despues de todo, á esta evaluacion, porque en realidad, la fuerza motriz no cuesta nada; el ventilador tiene una potencia tan considerable, relativamente á la que le quitamos, que los diagramas tomados sobre el ventilador, con ó sin la máquina Gramme, resultan poco diferentes. Una cosa parecida sucede en muchas fábricas y talleres donde se emplea el alumbrado eléctrico. El consumo de carbon ·de.las calderas no varía sensiblemente cuando se ponen en mancha las máquinas eléctricas. FERROCARRIL ELÉCTRICO DE RECREO.- Grandes son los servicios que, como vemos, prestan los motores eléctricos, y lo serán aun más el dia que pueda obtenerse la electricidad más fácilmente. Un ejemplo muy curioso de estas aplicaciones es la instalacion que M. Gaston Menier, de París, tiene en su domicilio, " que le permite hacer fácil y rápidamente todo el servicio de una comida sin que ningun

FÍSICA INDUSTRIAL

criado entre en el comedor. Un tren, que va de la cocina al comedor atravesando una pequeña abertura practicada en el muro, trae y se lleva los platos, las fuentes y cuanto sea necesario, dando la vuelta á la mesa y ejecutando con rapidez y sin ruido, bajo la direccion del dueño, todas las maniobras necesarias al servicio. La i • stalacion comprende dos partes esenciales, la vía y el tren. El vehículo se compone de una plataforma de 75 centímetros de largo y 22 centímetros de ancho que se mueve sobre dos boggies: una de éstas no es más que un truk de dos ejes que sirve de soporte, la otra lleva el pequeño motor dinamo-eléctrico, formado de una doble bobina en forma de T, tipo Siemens. El aparato pesa 7 kilógramos vacio y puede llevar una carga total de 25 kilógramos. La vía se compone de cuatro rails paralelos fijos á unas tablas de encina colocadas al tope, en suficiente número segun la longitud de la mesa. Los dos rails exteriores, qJ1e soportan las ruedas del vehículo, están aislados uno de otro y comunican con el inductor del motor dinamo-eléctrico. Los rails interiores reciben unos pequeños galetes de contacto, los cuales ponen en comunicacion el inducido del motor con una batería de acumuladores constantemente cargados; un conmutador intercalado en este circuito está situado á la derecha del dueño de la casa y le permite parar el tren y cambiarle el sentido de marcha por una simple inversion de la corriente en el inducido. El enganche y el paro se ejecutan con la mayor rapidez. Para que el tr~n dé la vuelta á la mesa, se le hace recorrer suc~sivamente dos vías situadas á a_g:ibos lados de ésta, en frente cada fila de invitados. A tendidas las dimensiones del tren, era muy difícil juntar las dos vías, en los extremos de la mesa, por una curva en forma de semicírculo, por falta de radio sufi<::iente; de suerte que se susútuyó esta disposicion por una aguja automática situada á cada extremo. Las dos agujas se mantienen en una posicion determinada por medio de muelles, y así la vía está siempre abierta por • un mismo lado. Al llegar el tren en un sentido, apoya en los rails y mueve por sí mismo la aguja para tomar el desvío. Al pa-

sar en sentido contrario, encuentra el desvio abierto y toma la otra vía. Las tablas de encina á que están fijos los rails, descansan en soportes colocados de distancia en distancia, que hacen sobresalir la vía IO centímetros sobre el plano de la mesa. El espacio que queda debajo de la vía sirve para ir colocando los objetos pequeños del servicio como son: cubiertos, saleros, etc. MONORAIL ELÉCTRICO Ó FERROCARRIL DE UNA SOLA VIA, DE LARTIGUE. - Creemos muy útil dará conocer un sistema muy original de vía férrea que puede, sin duda, aplicarse muy ventajosamente á la agricultura. Este es un ferrocarril de un sólo raíl aéreo, fácil de arrastrar por caballerías ó por la electricidad. Este último caso es el que representa la fig. 278. La vía está formada por un raíl único de acero, dividido en piezas de 3 metros de longitud, sostenido por caballetes de 80 centímetros de altura que descansan en el terreno. Estas piezas están unidas entre sí sin necesidad de pernos, ni placas, ni traviesas, por medio de dos hendiduras aplicadas en dientes de igual tamaño, como representa la figura. Se puede dar mayor solidez á los caballetes clavándoles, si así puede decirse, en el terreno, por medio de estacas de 30 centímetros de largo. Como puede verse, estematerial es muy sencillo, y ni para la colocacion ni para el entretenimiento, no necesita grandes conocimientos por parte del operario. Una brigada de seis hombres puede instalar tácilmente un kilómetro de raíl por dia. La vía es susceptible de afectar cualquier clase de curva para salvar cualquier obstáculo que se presente y seguir las ondulaciones del terreno sin necesidad de practicar desmontes ni terraplenes. Si no se dispone de suficiente longitud de rail, se va añadiendo via empleando la que ya haya servido al principio. El aparato móvil se compone de una série de serones que descansan en el rail sobre dos poleas (fig. 279), para el transporte de personas ó mercancías; el centro de gravedad se encuentra así debajo del punto de suspension, lo cual moti va una gran estabilidad. El primer seron lleva un motor Siemens. La electricidad se produce en uno de los extremos ó en un punto cualquiera de la línea, utilizando la fuerza de que se pueda dispo-

APLICACIONES DE

INDUCCION

249

ñana y tocaba en Calais á la~ 2 y 34 minutos, ' en la travesía 3 habiendo empleado por tanto lioras y 51 minutos. El viaje de vuelta se hizo con menos velocidad y duró 4 horas y r 5 minutos. El Volta, es una lancha de acero de u'2 metros de .l argo, por dos de·ancho, construida de mo<Ío que los acumuladores, que forman el lastre, van colocados bajo el puente. El propulsor es una hélice de tres brazos de 60 centímetros de diámetro y 275 milímetros de paso. La hélice vá apareada directamente ó embragada al motor eléctrico doble, sistema Reckenzaunn, motor dispuesto para girará pequeña, á me_dia y á gran velocidad, segun se quiera. Para la pequeña velocidad, los dos motores se aparean en série; para la velocidad media se emplea un solo motor; para gran velocidad, ambos motores se aparean en derivacion. Estos distintos apareamientos, así como el arranque y la parada, se hacen maniobrando un solo éonmutador por medio de una sola manivela ó manubrio. Los cambios de marcha se efectúan por medio de un conmutador especial, el cual invierte la corriente en la armadura ó inducido. Los motores tienen r' 15 metros dé largo, o' 52 de ancho, 0'33 de alto y pesan 330 kilógramos; están colocados hácia popa y fijados á la quilla ; á la velocidad mayor, que es de r ,ooo vueltas por minuto, desarrollan una potencia de 16 caballos-vapor; á pequeña velocidad, no dan más que 600 vueltas por minuto. Hay 61 acumuladores del tipo llamado en La navegacion eléctrica Londres E. P. S., y pesan en junto dos toneEntre las aplicaciones de la electricidad, . ladas. Están colocados á lo largo de la quilla una de las más seductoras es seguramente la del barco, bajo un falso puente; al salir el que se ha hecho á las embarcaciones de re- barco estaban cargados por medio de una creo. Numerosos experimentos se han reali- dinamo colocada en el muelle do Douvres, zado por Trouvé, en el Sena primero, des- y daban una corriente de 28 amperes; al llepues en el Tamesis, en el Danubio, pero sin gar á Calais se hizo nueva medicion y no que pueda darse hoy por hoy la cuestion corno se notó ninguna disminucion eJ} la corriente; á las cinco de la tarde la corriente seguía aun completamente resulta. siendo de 28 amperes; á las seis de la tarde El primer barco que en el mundo ha surcado el mar, teniendo la electricidad por mo- era de 26, y al llegará Douvres era de 25 amtor, ha sido el Volta, que atravesó el Canal peres. Todavía quedaba una amplia reserva de de la Mancha dos veces, primero de Douvres energía disponible cuando se llegó á Douvres, á Calais y luego de Calais á Douvres. Salió con un tiempo hermoso y mar tranqui- y la última milla se· recorrió marchando el la, de Douvres á las 10 y 41 minutos de la nia- ~otor á 1,000 vueltas por minuto.

ner. En los experimentos representados en la figura, el caudal -era una máquina Siemens, alimentada por un motor Hermann-Lachapelle. La corriente se transmite fácilmente al motor por medio del raíl y de los caballetes. En frente de la figura se ven los hilos que establecen las comunicaciones con el generador. En el vagon-motor se situa el conductor del tren, que asimismo dirige el freno. Un cuadrante indica á cada momento la resistencia y permite graduar la velocidad con relacion á ella. El freno consiste en una série de zapatas de madera que accionan simultáneamente en la rueda de garganta de cada uno de los vehículos, el cual baja bruscamente por me- · - dio de una cuerda y se separa por medio de muelles. LocoMOCION DE RECREO. - Algunos constructores han ideado modelos de triciclos eléctricos, prefiriendo generalmente, para ello, el sistema por acumuladores. Estos se disponen en una tabla debajo del asiento y dan mo vimiento á un mecanismo situado debajo del mismo. Este mecanismo ó motor pone en marcha una de las dos grandes ruedas, por medio de u • piñon y de una rueda dentados. Un conmutador situado al alcance de la mano permite parar el triciclo, ponerle en marcha ó modificar su direccion. Estos acumuladores suministrarán igualmente la luz durante los trayectos de noche, accionando en una lámpara de incandescencia provista de un reflector y situada en el frente del vehículo.

FÍSICA INDUSTRIAL

55°

El objeto de este notabilísimo ensayo no era demostrar la posibilidad de obtener velocidades considerables, porque esto ya se sabía desde que se hicieron los ensayos con otras lanchas, entre ellas el yacth Nothumbrt'a, que llegó á recorrer 16 kilómetros por hora; y la lancha entregada por Yarrow al Gobierno italiano para el servicio de los torpedÓs, lancha que funciona recorriendo á razon de 13'6 kilómetros por hora. Los constructores del Volta se proponian más particularmente demostrar la adaptabilidad á las necesidades de la marina de guerra, de lanchas siempre prontas á marchar, y que no exigirían más que una recarga parcial de tiempo en tiempo, cuando no están en servicio. Esta particularidad, así como el no producir ruido, debe hacerlas doblemente útiles como torpederos movidos por la electricidad .. Esto último se ha demostrado del modo más práctico: el Volta gobernó de modo que pasó cerca de un goeland dormido en la superficie del agua y uno de los pasajeros cogió á dicho pájaro con la mano. Trouvé, en Francia, ha construido muchos barcos eléctricos, y perfeccionado en gran manera todo lo que se refiere á la locomocion eléc~rica, precediendo á los ingleses en este camino, y dirigiendo muy particularmente sus miras á aumentar los medios de propulsion, llegando á obtener velocidades de 12 á 15 kilómetros por hora, cuyo resultado confirma el ·barco construido para monsieur Dampierre. Este barco, movido por la electricidad, tiene ocho metros de largo. Primero tuvo hélice y actualmente tiene por propulsor ruedas de paletas. Este cambio fué motivado por las muchas yerbas que se encuentran en el ria Eure, y que, como es fácil comprender, dificultan el buen funcionamiento de la hélice. El peso total es de 800 kilógramos repartidos de este modo: Casco del barco, ruedas y monturas. Motor eléctrico de un caballo de pótencia. . . . . . Baterías de torno. . . . Seis tripulantes ó viajeros.

Total.

•

150

kilóg.

40 120

» »

49°

800

kilóg.

Las velocidades, medidas con la más escrupulosa exactitud, fueron de 1,500 metros en seis minutos, ósea, como hemos dicho ~ntes, de 15 kilómetros por hora. La duracion de la marcha á toda velocidad fué de 3 á 4 horas próximamente; pero se puede renovar el líquido de la batería, aun en marcha, cuando espira el plazo anterior. Con marcha más moderada se puede fundo-: nar hasta 7 ú 8 horas. Además de los perfeccionamientos que acabamos de anotar, ha dotado, Trouvé á sus barcos de recreo de un sistema de alumbrado eléctrico muy ingenioso, para los paseos de noche, del cual trataremos en el alumbrado eléctrico. En los primeros ensayos que se hicieron de navegacion eléctrica, la electricidad se producía con pilas primarias. Abandonase este sistema despues que se perfeccionaron algo los acumuladores y estos son los que han servido en las últimas tentativas. En la opinion de Jarrow, los acumuladores no aprovechan más que un 50 por roo de la fuerza gastada por la máquina motriz que los carga. La embarcacion que se empleó en los ensayos, tenia rz metros de largo y r '80 de ancho. Llevaba 81 acumuladores que animaban un motor eléctrico de 8 á 9 caballos. El peso total era de 4,500 kilógramos, comprendiendo el peso del barco de 2,000 kilógramos, batería 2,000 y máquina y hélice 500. Los experimentos demostraron que la corriente se debilitaba con alguna rapidez; este inconveniente se remedió poniendo al principio de la marcha cierto número de acumuladores de reserva, y poniéndolos despues progresivamente en el circuito. De este modo la travesía podia durar de 5 á 6 horas. Con seis personas á bordo y un desplazamiento de cinco toneladas, 71 acumuladores de 45 kilógramos de peso cada uno, dieron una velocidad de 7 nudos, marchando el motor á razon de 674 vueltas por minuto; la hélice tenia un diámetro de 60 centímetros y un paso de 325 milímetros. Los resultados hubieran sido mejores con una marcha menos rápida del motor. Las dificultades encontradas durante la marcha fueron, sin embargo, menores de ·lo que se preveía; puesto que, casi siempre se

APLICACIONES DE LA INDUCCION

debieron á la inexperiencia de los tripulantes. Hay que observar que el e'mpleo de la electricidad en estas condiciones no ofrece peligro alguno, puesto que la fuerza electro-motriz de que se dispone, no puede exceder de los límites reconocidos como inofensivos. Comparando la electricidad con el vapor, pueden resumirse de este- modo las ventajas y los fo.convenientes del nuevo sistema. Los acumuladores suprimen el ruido y la suciedad de las máquinas ordinadas, ocupan menos espacio que éstas y dejan más para los pasajeros; · una vez cargados, permiten ponerse en marcha en el momento que se quiera, sin ninguna pérdida de tiempo preliminar. Por otra parte, la carga de los acumuladores dá lugar á dificultades sérias y arrastra pérdida de tiempo. Según Yarrow, la carga consume cerca.de un 2 5 por ·1 oo más de tiempo que el que dura la descarga; de modo que una travesía de seis · horas exigiría siete y media para la preparacion de los elementos. Finalmente, la instalacion eléctrica es más costosa y de uso diario menos económico. MOTOR Y GENERADOR TROUVÉ PARA LA NA-

El motor que emplea Trouvépara la navegac10neléctrica es eléctrodinamico. La bobina/ (fig. 280) es del tipo Siemens; gira entre dos piezas polares a, en forma de elipsoide y están animadas por un electro, imansituado en la parte inferior del aparato. El motor tiene 25 centímetros de largo por 15 de ancho, 20 de alto, y puede producir 3 kilográmetros. Puede dar movimiento á una máquina de coser ó á cualquier otro aparato por el estilo. Se le emplea comuri.mente para poner en marcha las máquinas de electricidad estática para los usos medicales. Tambien emplea Trouvé su motor para las embarcaciones de recreo. Como generador, da preferencia á las pilas, que actualmente son más ligeras que los acumuladores y permiten, en la navegacion, hacer trayectos más largos, proveyéndose de las sales necesarias para renovar el Líquido, por ejemplo, una provision de sal crómica, que se disuelve, en el instante de tenerla que emplear, con agua del mismo rio donde se navega. La pila que casi siempre empleaba Trouvé era la de bicromato de potasa, de su invencion. Los acumuladores, por lo contrario, no permiten alejarse mucho de'l VEGACION ELÉCTRICA.-

55r punto de partida, á causa de la necesidad de recargarles. El número de baterías será mayor ó menor segun la fuerza que se quiera producir. El motor se fija sobre el timon (fig. 281) y se le une á la pila, situada donde se quiera, por medio de dos conductores sin tension, bastante sólidos para que, al propio tiempo, permitan manejar el. timon. El motor hace mover una hélice fija á la parte inferior del timon. De esta disposicion resulta que, al tirar de uno de los conductores flojos para hacer mover el timon, cambiando igualmente la hélice, acciona lateralmente en el barco, y auxilia mucho la rotacion; así éste puede virar con fa~ilidad en un pequeño espacio. El empleo de este timon-motor ofrece además otra ventaja: se le puede colocar fácilmente en una embarcacion cualquiera sin modificar para nada los órganos ya existentes; así como tambien, basta quitar el aparato, cuando no se quiera utilizar el movimiento eléctrico. Despues de los primeros ensayos, en 188r, modificó Trouvé ligeramente su sistema y, con relacion á buques más pesados sustituyó _el motor primitivo por un pequeño motor estilo Gramme, representado en la fig. 282. La bobina inducida de este motor está formada por un alma de hierro dulce, compuesta de una cinta muy delgada de plancha de palastro, de 0'2 milímetros de grueso, cuyas espirales están separadas con papel. Los dos electro-imanes, que constituyen los indicadores, rodean concéntricamente al inducido; el espacio Hbre entre las dos partes es muy reducido, á fin de dar la máxima intensidad al campo magnético . Un motor de esta clase de 8 kilógramos de peso produce una fuerza de medio caballo. Esta proporcion aumenta aun con la potencia, puesto que un motor de diez caballos sólo pesa roo kilógramos. Este motor se coloca siempre sobre el tirnon y se le une á la hélice del mismo modo que hemos dicho. Las pilas se instalan en el centro éle la embarcacion, en la parte más ancha y más profunda. A la derecha del timonel está fijo un conmutador que permite parar el buque ó hacerle avanzar ó retroceder. Este sencillísimo aparato está formado por seis escuadras metálicas fijas á una placa aislante: las de los extremos están unidas á los bornes del

FÍSICA INDUSTRIAL

motor y de la pila. Las de en medio soportan una palanca móvil cuyo extremo toca, cuando se desea, las escuadras de delante ó las de detrás, con lo cual se cierra la corriente y hace avanzar ó retroceder el barco. Este mecanismo de avance ó de retroceso es muy semejante a[ de las máquinas de vapor. El buque eléctrico de Trouvé lleva un silvato movido igualmente por la electricidad (figura· 283). Este pequeño aparato se compone de un electro-motor D de cuatro paletas, situado en el interior de una armadura circular de hierro dulce A, provistas de cuatro dientes. Las poleas son atraídas por éstos al pasar la corriente y continuan su movimiento á causa de la velocidad adquirida cuando se interrumpe la corriente. Esta llega por la escobilla F y el interruptor E, situado en la parte inferior del eje de rotacion. El motor arrastra en su movimiento un disco móvil C provisto de agujeros, que soporta un disco fijo B cuyas aberturas están practicadas en sentido contrario. El aparato se coloca al fondo de una trompa destinada á reforzar el sonido, montada en un · soporte articulado. Así que pasa la corriente, la rotacion del disco móvil produce un sonido ronco que sube rápidamente hasta sostener una nota aguda extridente y fuerte, fácil de distinguir de cualquier otro sonido. El barco de la fig. 282 lleva, por lo contrario, una sirena de viento A movida por un fuelle de pedal S situado debajo del asiento del timonel. Na.vega.cion submarina..

Todos los buques submarinos, desde los más primitivos hasta los más recientes, tienen la misma forma, constan de iguales aparatos y se mueven del mismo modo. ¿Qué les distingue? El motor. Los primeros empleaban la fuerza de los tripulantes para moverlos; más tarde se utilizó el vapor, hoy usan la electricidad. Hoy que la opinion se ocupa de este asunto, haremos un ligero exámen de los principales buques submarinos, tornando la cuestion desde su principio, para dar una idea de las fases que ha seguido el problema. La aspiracion á reconocer el fondo del mar

es muy antigua, pero las ºtentativas hechas por los egipcios, los turcos, los griegos y los romanos, con este objeto, se referian más bien al empleo de la campana de buzos que á la navegacion submarina. A fines del siglo XVI formuló Bourne el primer proyecto de navegacion submarina, que realizó medio siglo despues, en 1624, el holandés Borneli'o de Drebbel. Este llevó á cabo en Lóndres, en las aguas del Támesis, un curioso _experimento, pues su barco, llevando á bordo varias personas, entre las que se encontraba el rey Jaime I, se movía bajo el agua por doce pares de remos . Este barco tenia la forma ordinaria, pero invertida, de modo que, en realidad, era una campana de buzo en movimiento. Su principal mérito consistia en un líquido, llamado la quinta esencia del aire, que servia para purificar el ambiente . El inventor era un loco, segun decían, y murió llevándose su secreto. En eL siglo xvn los P P. Fournier y Merserme expusieron con toda claridad la teoría de la navegacion submarina; en Rotterdam se ensayó un buque análogo al de Drebbel, pero más fácilmente dirigible. En 1773, Bushuell construyó un barco sumergible herméticamente cerrado. Tenia un tubo 6 boca para la entrada y para renovar el aire, y se hundía introduciendo el agua en varios compartimientos. Para ascender se desalojaba el agua por medio de una bomba, y para la propulsion se empleaban das hélices movidas á mano, una horizontal y la otra inclinada á 45 grados. En 1797, Foulton, á quien se debe un pro greso importante en esta materia, construyó un modelo de su buque que modificó despues, poniéndole dos hélices paralelas para el movimiento horizontal, y otra, de eje vertical, para los movimientos en este sentido. Los ensayos se hicieron en 1804, en Ruan, cerca del Havre. Desde aquel punto fué á Brest, habiéndose sumergido y salido á flor de agua varias veces durante su feliz travesía. Bien pronto se construyó en París un segundo~autilius, que así se llamaba el de Foulton, que fué ensayado en el Sena y despues en Brest, en donde alcanzó la velocidad de un metro por segundo, habiendo permanecido bajo el agua cuatro horas y veinte rpinutos.

APLICACIONES DE LA INDUCCION

Habiendo pasado Foulton á América, allí construyó El Mudo, cuyo motor, estando sumergido, lo constituia el esfuerzo de los cien tripulantes que debía llevar. En 1824 se construyó en Portsmouth un buque que navegaba á 30 piés bajo el agua y en 1825 Montgery publicó su proyecto del Invisible, que no tenia ningun principio nuevo. Durante la guerra separatista en los Estados-Unidos (1861-1865), se puso otra vez sobre el tapete este asunto, y fué cuando los- buquesct'garros se pusieron de moda·, construyéndose de todas formas y dimensiones. En 1863 se construyó en Mobile un buque submarino de plancha ~e palastro para torpedos. Su longitud era de 11 metros y era capaz para nueve hombres; ocho de ellos estaban encargados de mover á mano una hélice que imprimía una velocidad de cuatro nudos y el noveno graduaba la velocidad y los movimientos de subida y bajada. La provision. de aire era para 25 ó 30 minutos de permanencia bajo el agua. En este buque se embarcaron, en Charleston, el sub-teniente Paynf: y ocho hombres, para atacar la flota federal. Al partir, los remolinos producidos por un·vapor que pasaba junto á él le llenó de agua· y le sumergió, ahogándose todos los tripulantes excepto Payne, por. encontrarse en la boca de entrada cuando ocurrió el accidente. Puesto á flote y reparndo este buque, volvió á salir con igual número de tripulantes, bajo el mando del mismo Payne. Al llegar cerca de Sunter, se invirtió el buque y se fué á fondo. Séis fueron los hombres que se ahogaron, salvándose Payne por segunda vez. Con estos dos accidentes se demóstró lo defectuosa que era esta embarcacion; sin embargo, Annley, uno de los constructores, pretendió demostrar su bondad, á cuyo fin, la tripuló con ocho hombres que se prestaron á un viaje de ensayo por el rio Cooper. Este buque navegó bien aguas abajo, más por una causa desconocida, no pudo ir contra corriente y se ahogaron todos. Extraido nuevamente el buque y reparado, el subteniente Dixton se embarcó en él con otros ocho hombres y fueron á atacar y destruir frente Charleston la corbeta federal FÍSICA lND.

553

Honsatourt'e. Ya realizaron su rp1s1011, más ambas embarcaciones quedaron sumergidas para siempre. En Francia se ensayó, en 1863, un buque llamado el Plongeur, cuyo motor era una máquina de aire comprimido, lo cual significaba un progreso real y efectivo . Este barco fué proyectado_ por Brun, ingeniero naval eminente y los experimentos _se llevaron á cabo en Rochefort. Tenia 44'50 metros de longitud y 3'60 de altura. Sus grandes depósitos de aire comprimido alimentaban un motor de 80 caballos, y la sumersion se verificaba por la introduccion del agua· en com partimientos especiales.-Para salir á la superficie no necesitaba bomba alguna. Le bastaba hacer entrar el aire comprimido en los depósitos de agua para que, desalojada ésta, se aligerara el buque. Los experimentos, de un éxito notable, terminaron en 1864. En este mismo año se ensayó en el puerto de Barcelona el famoso Ictíneo, debido á don Narciso Monturiol. Los experimentos dieron un resultado tan brillante que se abrió una suscricion nacional para construir otro Jctí- neo más perfeccionado y se trató de que los arsenales del estado se pusieran á las órdenes del inventor. Los principales organismos del Ictíneo eran: el casco resistente, en forma de elipsóide de revolucion, cuyo eje mayor media 17 metros y 2 el menor, formado por cuadernas de ma- . dera de- 10 centímetros de espesor, revestidas de cintas de roble de 6 centímetros; vejigas de flotacion ó compartimientos estancos comprendidos entre el casco exterior y el resistente, con bombas para la expulsion del agua; vejigas natatorias compuestas de depósitos de presion, de admision de agua y bombas de compresion; hélice de dobles palas; tension comun y dos pequeñas hélices á 45 grados sobre el eje horizontal, puestas á popa, para virar; aparato para aseg~ar la horizontalidad longitudinal; veinte cristales en proa, babor, estribor y escotilla central para mirar ; generador de oxígeno; aparato purificador del ambiente; aparato de ventilacion y refresco; lastres de agua; lastres sólidos de reducida masa ; lastres mayores para casos de apuro; faro ro:. tativo á proa en la cubierta; faroles fijos á proa á popa, y en la parte inferior, para iluT. ll.-70

FÍSICA INDUSTRIAL 554 minar las· aguas; los tres faroles eran de luz hace bastante tiempo que es conocido, la maoxhídrica, ·alimentánd ose con gases conteni- nera de dirigirlo bajo el agua es más reciente dos en depósitos exteriores; motor de vapor que la última guerra de los Estados-Un idos, de 6 caballos, para la marcha flotante; para la único pueblo que suele llevar á la práctica navegacion submarina una máquina de dos verdadera, las ideas en el mismo instanfe en 1 caballos fundada en el principio de la sulfu- que son concebidas. Los tipos modernos más importante s de racion del zinc. Con la máquina de vapor recorría el Ictí- buques submarino s son el Nordenfeld t, el neo, en los ensayos, tres millas y media por Goubet, el Waddingto n, el Gymnnote y el Pehora. En una prueba que hizo en diciembre ral, de los que hemos de ocuparnos por ser de 1867, permaneció por espacio de una hora los que, 'en el moment~ actual, cierran la his- . debajo del agua. El mayor inconvenie nte con toria de la navegacion submarina . El Nordenfeld t, inglés, tien~, como 'los deque tropezaban los tripulantes era la elevacion de temperatur a, que en verano, llegaba más, la forma de cigarro, pero difiere notaá 50 grados centígrados. El oxígeno indispen- blemente de todos sus congénero s por emplar sable para la respiracfon lo conseguia con la el vapor como fuerza motriz. Este buque nacombustion del hierro dulce por medio del vega, de ordinario, sobre el agua, pero cuando clorato de potasa, y la acsorcion del ácido se presenta algun peligro ó quiere atacar al carbónico con una lechada de cal en la pro- enemigo, suspende la accion de un ventilaporcion de I por rn de agua, habiendo estado dor que activa los fuegos; recoge la chimeincomunica dos con la atmósfera los 16 tripu- nea, como si fuera un anteojo, y cierra herlantes por espacio de cerca de seis horas. méticamen te todas las aberturas. Es en todas Tambien ensayó un cafion giratorio que arro- ocasiones más ligero que el agua, de modo jaba proyectiles huecos de 8 kilógramos de que para sumergirse se vale de dos hélices de peso, con cuyo disparo se destrozó la obra eje vertical, y para conservar bajo el agua la muerta del Ictíneo, sufriendo todo él un vio- posicion que desea, está dotado de timones lento choque. En las pruebas de iluminacio n horizontales y verticales, mqvidos por motointerior se hacia con velas de esperma, que res _especiales que le obligan á marchar en la ardieron siempre sin que la llama oscilase; direccion convenient e. Apagados los fuegos de Ja caldera, ésta sila exterior se conseguía por medio del hidrógue suministra ndo el vapor necesario, grageno. Por esta ligera enumeracio n se puede com- cias á la gran presion á que de ordinario traprender que el Ictíneo Monturiol era un bu- baja y á dos cajas de vapor que constituyen que muy notable, aunque los sucesivos ade- un gran depósito. De esta manera se púeden lantos de la ciencia y de la industria h~biesen recorrer de 7 á 8 millas sin salir á la superexigido en él,· andando el tiempo, profundas ficie; pei:.o la velocidad se hace á cada momento más pequeña, el calor aumenta de un modificaciones. Desde esta épo.::a, puede decirse que, con- modo excesivo y el aire falta muy pronto á los tínuamente se han ido ensayando buques sub- tripulantes . A pesar de estos graves inconvemarinos, la mayor parte con buen éxito, lo nientes, el Norden/eld t tiene la ventaja de cual no ha impedido que se abandonara n desque al salir á la superficie adquiere de nuevo pues de los experimen tos, fenómeno raro, elementos para proseguir su marcha y para pues generalmen te )o que da buen resultado volverá sumergirse , sin necesidad de pedir suele prosperar. La causa de esta anomalía auxilio á nadie. El gobierno ruso adoptó el tipo Goub(!_t. El debe ser atribuida, en primer térn:;ino, á la construido es muy pequeño, de modo modelo poca utilidad que hasta hace poco han tenido estos barcos, pues con. ellos es imposible inque sólo caben dos personas en él, pero es lo tentar exploracio nes científicas de importan- suficiente para los fines militares y para aprecia, por la poca profundida d á que pueden ciar sus condiciones. Puede permanece r ocho descender, y para los usos militares eran de horas dentro del agua sin que los tripulantes escasa aplicacion, pues si bien .el torpedo sufran la menor molestia, gracias á un depósi-

APLICACIONES DE LA INDUCCION

555

-to de aire comprimido que le renueva constan- mergir. La direccion en un plano horizontal temente el ambiente, saliendo el aire viciado se hace variar por dos timones verticales, y por una pequeña válvula. Esta solucion tiene las variaciones en la profundidad se consiel inconveniente de que las burbujas de aire guen por el juego de las hélices, que pueden que se notan en la superficie podrían, en al- funcionar independientemente y por dos tigunos casos, delatar la presencia del torpedo. mones horizontales. Cada una de las tres héPara la sumersion tiene dos depósitos, á proa lices y los cuatro timones pueden moverse á y á popa, que se pueden llenar ó vaciar á vo- voluntad por la accion de sus correspondienluntad. Para el caso de que tenga avería lleva tes motores eléctricos. Este buque ha sido ensayado con éxito en una quilla de plomo que se puede soltar, saLiverpool, delante de delegados de algunas liendo entonces á flote como una boya. Para que el buque esté nivelado, se h_ace potencias marítimas. No le falta ninguno de pasar, por medio de una bomba, el agua del los-detalles que en el estado actual de la -ciendepartamento de atrás al de delante ó recí- cia pueden ser tenidos en cuenta. El sistema procamente. Esta operacion se hacia automá- de sumersion es mixto, pues está basado en ticamente en los primeros ensayos, por medio el empleo de las dos hélices verticales y en de un péndulo que, causand0 las desviaciones, los depósitos de agua. Para salir á la superactuaba sobre un aparato eléctrico que hacia ficie cuenta con el auxilio de estas mismas funcionar las bombas. Más tarde se ha aban- hélices, y para el caso de una avería lleva donado este procedimiento por ser de resul- tambien una quilla pesada que se hace destados poco seguros. El motor del Goubet es . prender del barco, aligerándole, y así puede subirá la superficie. Como todos, está dotado · eléctrico. En Inglaterra se ha ensayado otro tipo, dede los correspondientes cristales para examibido á Waddington, que es el que se conoce nar el exterior. Posteriormente al.buque que acabamos de con más detalles. Tiene una longitud de 36 piés y 6 de diámetro, con una cáll_lara central para citar, el Gy mnote es el tipo adoptado por la dos personas, que pueden permanecer encor- marina francesa. Es debido á los oficiales Rovadas si'n peligro durante 6 horas consecuti- mazotti y Zadé, y tiene una sola hélice.y cuavas. Un depósito de aire provee á la renova- tro timones. El Gymnote tiene la forma de un huso alarcion, expeliéndose el viciado y purificándose cuya superficie exterior es unida y lisa, gado, el ambiente por medio de agentes químicos. El motor es eléctrico. La electricidad está á fin de facilitar sus movimientos en las aguas. producida por acumuladores encerrados en Mide 17'20 metros de longitud por 1 ' 80 metros 45 cajas, con una energía total de 600 amper- de diámetro máximo, desplazando un volúhoras y dispuestos en série. El motor eléctrico men de 30 toneladas . Toda~ las maniobras actua directamente sobre la hélice propulsora, interiores, iluminacion, propulsion, etc., se que da 750 revoluciones por minuto. La cor- verifican por medio de la electricidad. El moriente eléctrica desarrollada tiene una inten- tor consiste en una máquina dinamo-eléctrica , sidad de 66 amperes y una fuerza electro- construid.a segun los planos del capitan de motriz de 90 volts. El buque_puede recor- ingenieros Krebs; pesa 2,000 k.ilógnuno y rer, utilizando la energía eléctrica que lleva desarrolla una fuerza d~ 55 caballos. El gealmacenada, unas 80 millas, suponiendo una nerador de electricidad está formado por una velocidad de 8 millas por hora. Si marcha con batería de acumuladores Commelin-De mameuna velocidad menor, el trayecto .total recor- zures, y permite marchar cuatro hora dia á la velocidad máxima franqueando una rido puede ser de 1 ro á 115 millas. Para la sumersion tiene dos depósitos que distancia de 83 kilómetro · on vel ida.de se pueden llenar de agua. De esta manera se inferiores se pueden re orr r .2 o kilómetro . hace que el barco permanezca en equilibrio La inmersion se obtiene por medio e do instable, y en estas condiciones dos hélices de letas horizontale . Dos d ' ito d eje vertical, alojadas en dos tubos que atraviesan el barco á proa y á popa, le hacen su-

FÍSICA INDUSTRIAL

secretos. Los ensayos oficiales del Gymnote, El barco submarino de Peral, segun ·opinioque tuvieron lugar el 17 de noviembre de 188g, · nes facultativas y las de físicos eminentes, reconsistieron en navegar á una profundidad de presenta un paso adelante en el progreso de 7 metros, cambiando de direccion, marchando la navegacion submarina, pues cuando menos adelante y atrás, recorriendo una distancia de reune más perfecciones que todos los inventos 500 metros. La dota-cion de este submarino análogos descubiertos hasta ahora, por más . debe constar habitualmente del ca pitan y tres que algunas entidades técnicas pongan en tri pulantes. duda la afirmacion hecha por el ilustre sabio Aun sin conocer la descripcion de sus de- D. Isaac Peral, de ser su invento la solucion talles de construccion, por guardarse el se- completa del problema que se pretende recreto sobre este particular, puede afirmarse solver. que poco debe diferenciarse del tipo WadSin embargo, como quiera que el autor se dington, de modo que la descripcion de aquél reserva los principales secretos de su invento, puede aplicarse, sin temor de equivocarnos, á no podemos entrar en detÉilles sobre asuntq todos los buques submarinos modernos. de tan vital interés.

CAPÍTULO --XIII Alumbrado electrico de las aplicaciones más notables de la electricidad, debida. á los progresos del electro-magnetismo es sin duda la que se refiere al alumbrado público y privado. Los electroimanes desempeñan un papel muy importante en esta aplicacion ya como órganos esenciales de los reguladores de las corrientes de las pilas, ya como pieza principal de los generadores · magneto-eléctricos que ptodücen más económicamente la electricidad. La luz eléctrica empleada en el alumbrado se produce de dos modos distintos: 1. ordin~riamente por medio del ar co voltáico, cuyas propiedades hemos ya estudiado ; 2. por medio de la incandescenct'a producida por una corriente intensa, en un conductor imperfecto ó en · el punto de union de dos carbones en con tactojm perfecto. Mas, antes de entrar.en este estudio , debemos desarrollar con alguna extension todo cuanto hemos ~ratado en la óptica relativo á la fotometría, por ser este un estudio muy importante bajo todos los puntos de vista que se le considere. NA

gradualmenté irradia calórico á todo su alrededor . Las radiaciones son al principio oscu-: ras, y_el cuerpo obra solamente como caudal calórico. A partir de cierto límite, las radia~iones hieren la retina con gran intensidad, y el cuerpo obra entonces como foco luminoso . A una temperatura próxima á 500 grados los cuerpos sólidos producen una débil luz de tinte rojizo oscuro, cuyo brillo aumenta rápidamente con la temperatura, y la luz emitida contiene radiaciones más y más refrangibles. Tomando como unidad el brillo del platinó á su temperatura de fusion, halla Violle las relaciones siguientes entre las intensidades Luminosas á distintas temperaturas:

PRODUCCION DEL FENÓMENO LUMINOSO.-Un

cuerpo sólido, cuya temperatura se aumente

Temperaturas.

775 grados . . 956 (fusion de la plata). (del oro).. . 1,0.35 I ,500 (del paladio). 1,77 5 (del platino).

Brillo.

º 0?º'7 0001 ·_ 0'004

o 27

r'ooo

Estas cifras demuestran la influencia considerable de la temperatura obre el brillo luminoso de los cu_e rpos sólidos. Los diferentes si tema de alumbrado e distinguen por los medios empleados para llev ~r y mantener á la incandescencia l os cuer-

FÍSICA INDUSTRIAL

pos sólidos que funcionan como focos lumi- de la accion de las radiaciones luminosas sonosos. bre los órganos de la vista. En los alumbrados producidos por las llaCuando dos caudales ó focos de luz, de mas de los cuerpos sólidos líquidos ó gaseo- . iguales dimensiones, alumbran separadamente sos, el cuerpo sólido alumbrante se pone en dos superficies de igual naturaleza, situadas libertad por la accion química que produce el en las mismas condiciones de distancia y de calórico necesario para producir la incandes- inclinacion con relacion á los focos y al ojo, cencia. y además las impresiones producidas en el Tambien se produce la luz por la incandes- ojo por las dos superficies alumbradas son cencia de un cuerpo sólido extraño, que se iguales, deben considerarse los dos focos mantiene en .e l interior de una llama imposi- como idénticos. Si n focos idénticos é idenble de producir luz por sí misma (lámpara ticamente · situados, alumbran simultáneaDrurnrnond, lámpara de magnesio, etc.) mente una superficie dada, se supone que Por' último, el cuerpo sólido puede llevarse la claridad es n veces lo que era en el caso de á la incandescencia por el paso de una cor- un foco único, por más que la energía de la riente eléctrica. sensacion propiamente dicha no haya aumentado en la misma proporcion. Los métodos fotométricos más usuales esFotometria aplica.da fJ: la. electricidad. tán basados en las leyes experimentales siRENDIMIENTO LUMINOso.-Si llamamos w la guientes: energía gastada para mantener un foco lumir.ª La cantidad de radiacion, recibida por noso, q la cantidad de luz suministrada en el unidad de superficie en un punto, varia en· mismo tiempo, la relacion !l. será el rendí- razon inversa del cuadrado de la distancia de w este punto al punto radiante. miento luminoso del foco, el cual aumenta La cantidad de radiacion, recibida por 2. ª muy rápidamente con la temperatura del unidad de superficie, es proporcional al coseno cuerpo incandescente. _ del ángulo de incidencia de los rayos que El siguiente cuadro indica la potencia cor- aquella recibe. respondiente á la intensidad luminosa de una 3 ." La cantidad de radiacion, emitida pQr bujía pan¡. diferentes sistemas de alumbrado. un elemento luminoso en una direccion dada, es proporcional al coseno del ángulo que esta direccion forma con la normal al elemento Sebo . . 124 wats por bujía. Cera . . luminoso. 94 Acido esteárico .. 90 . Llamemos: 86 Esperma .. S, la proyeccion de la superficie luminosa 80 Aceite mineral. . sobre un plano perpendicular á la direccion Aceite vegetal. . 57 de los rayos luminosos; 68 Gas de hulla .. S', la proyeccion de la superficie alumbrada Gas de Cannel coal. 48 sobre el mismo plano; Lámpara de incandescencia D, la distancia de las dos superficies; eléctrica. . . 3'5 E, el brillo intrínseco del foco, es dec.i r, la o'6 Lámpara de arco. . cantidad de radiacion emitida por unidad de Para comparar el valor económico de los supercie luminosa. El producto ES, será el brillo total del foco; varios caudales luminosos, debe conocerse la Q, la cantidad total de luz emitida de S á S'. cantidad de luz suministrada, así como tam-Tendremos con estos datos: bien la cantidad y el valor de la energía correspondiente. · E SS' MÉTODOS FOTOMÉTRICOS. - Los únicos méQ= D' todos de medicion que responden á la idea 1 se obtiene la claridad á Haciendo S' que nos formamos del alumbrado de los cuerpos son, como ya sabemos, los que derivan la distancia D, es decir, la cantidad de luz re-

ALUMBRADO ELÉCTRICO

cibida en este punto por unidad de superficie normal á la direocion de los rayos, cuya c1a. · E. por expres10n n.da d tiene

Se observará que

t.-,

S = ~-

representa la su-

perficie limitada en una esfera, de radio igual á la unidad, por un "Cono cuyo vértice se halla en el punto considerado sobre la superficie alumbrada y circunscrito al foco, esto es, la superficie aparente del foco visto desde el punto considerado. UNIDADES DE LUZ. - Lámpara Carcel. - La unidad generalmente adoptada en Francia, es la cantidad de luz suministrada por una lámpara Caree! que consume 42 gramos de aceite de colza por hora. Las dimensiones de la lámpara reglamentaria son las siguientes: Diámetro exterior del mechero. 2 3' 5 rnilím. )) interior del mechero ( corriente de aire interior). )) 17 Diámetro de la corriente de aire exterior. )) ~ 45 Altura total del vidrio. )) 290 Distancia del codo á la base del vidrio. )) 6r Diámetro exterior á nivel del )) codo. -. 47 Diámetco exterior del vidrio enla )) parte superior de la chimenea. 34 )) Espesor medio del vidrio ... 2

. ..

- Se emplea el aceite de colza depurado y una mecha media llamada mecha de.los faros, cuya trenza está compuesta de 75 hilos; el decímetro de longitud pesa 3 1 6 gramos. Las mechas deben guardarse en cajas de doble fondo que contengan cal viva. En cada experimento debe ponerse una mecha ·nueva, cortarla á flor del mechero, llenar la lámpara exactamente de aceite hasta el arranque del depósito, montar la lámpara, encenderla, dando 5 ó 6 milímetros de mecha, y colocar el tubo de vidrio. El consumo se regula subiendo la mecha á una altura de IO milímetros, y el vidrio de tal modo que el codo se encuentre á unos siete milímetros sobre el nivel de la mecha. -Las lámparas deben consumir 42 gramos de ~ceite por hora, por lo mismo se la debe re-

559 glar para este consumo. Si el consumo es inferior á 38 gramos ó pasa de 46, debe anularse el experimento._Dentro de estos límites, se supone que la cantidad de luz.suministrada es proporcional al consumo de aceite: Debe dejarse que la lámpara arda durante media hora antes de principiar las .g1ediciones. El consumo de aceite se determina del modo siguiente: Situada la lámpara , en uno de los platillos de la balanza (fig.' 284), se establece el equilibrio, con perdigones. Se añade al plato en donde se encuentra la lámpara un peso de un gramo, y se pone en comunicacion el fiel de la balanza con el timbre de alarma. Al chocar el martillito en la campana del timbre se dá movimiento á la aguja de un reloj de segundos. Se pone luego en el plato de la lámpara un peso de 10 gramos y se restablece la comunicacion con el timbre. En el instante en que éste da la señal, se para el reloj de segundos; el consumo de a¿eite por hora se deducirá del tiempo correspondiente al de 1_0 gramos. Bujías. - En Inglaterra, la unidad de luz es la bujía de esperma de seis por libra inglesa (453 gramos), que quema 120 granos (7'776 gramos) de materia grasa por hora. Si ~l consumo real de la bujía difiere de esta cifra y está comprendida entre 114 y 126 granos por hora, se supone que el valor alumbrante es proporcional al consumo. Por más que, como á unidad de luz, no tenga la bujía ningun carácter legal en Franc_ia, en España, y en otros países, prevalece el representar la potencia luminosa de las lámparas eléctricas en número de bujías inglesas ó candles. En Alemania, la unidad fotométrica es una bujía de parafina de 6 en libra (500 gramos) que tenga un diámetro uniforme de 20 milímetros. El punto de fusion de la parafina empleada es de 55 grados centígrados. El valor alumbrante de la bujía se regula segun la altura de la llama. La unidad corresponde á una llama de 50 milímetros de altura. El empleo de las lámparas y de las bujías, como 'medidas-tipos de · luz, presenta varia::; causas de incerteza, provenientes en particular de las diferencias que existen en las propiedades físicas de las mechas y en la composicion de los cuerpos grasos combustibles.

FÍSiCA INDUSTRIAL

Se ha tratado de corregir estos inconvenientes sustituyendo las lámparas y las bujías por aparatos de más fácil manejo. Los más sencillos son los de Girond y de Methven, basados ambos en el empleo del gas del alumbrado como combustible luminoso. Aparato- Giroud.-El aparato Giroud (figura 285), se compone de un mec.hero-bujía de 1 milímetro de diámetro y de un· mechero Argand. Cada un_o de ellos está montado en un reómetro destinado á mantener constante su consumo, sean cuales fueren las variaciones que se produzcan en la presion de alimentacion, siempre que no varíe l:;i. densidad del gas. Los consumos se regulan de tal modo que con el gas de calidad normal, la cantidad de luz suministrada por el mechero Argand, sea igual á la de una lámpara Carcel de 42 gramos de consumo de aceite por hora, y que el m'echero de la bujía dé una luz igual á o' 1 Carcel con una altura de llama de 67'5 milímetros. Si la calidad del gas varia bajo ó .sobre la normal, la llama del mechero-bujía se acorta ó se alarga, y las potencias alumbrantes absolutas de los dos mecheros varian; su relacion de 1 á rn permanece constante entre los límites extremos de las variaciones que puedan producirse en la calidad de un buen gas. La experiencia indica además que entre estos límites la potencia alumbrante del mechero-bujía puede deducirse de la altura de la 1laII1a, cuyas variaciones se miden por m<:?dio de una mira situada al lado. Cada milímetro de diferencia, sobre ·ó debajo del nivel normal, corresponde á una diferencia de 0 ' 0022 carcel; es decir, que el valor luminoso del mechero-bujía se hallará con la fórmula: [0'1 +0'0022

(h-67'5)] carcel.

El valor correspondiente del mechero Argaud será diez veces el del mechero-bujía. Aparato Mdhven . -Methvenpropone como tipo, tomar una cantidad determinada de la llama de un mechero Argaud alimentado con gas del alumbrado. Una pantalla de cobre, fija frente la chimenea, lleva una placa delgada con una abertura rectangular de seccion tal que, cuando el consumo de 5 piés cúbicos (141 l. 3) de gas por hora, corresponde á una potencia luminosa de 16 bujías, la cantidad

de luz que deja pasar la abertura sea igual á la de dos bujías normales. La calidad del gas puede variar, en este caso, de IO por rno sobre ó bajo la normal, sin que el valor luminoso de la medida-tipo se altere. Para que en el aparato no influyan las ·variaciones de calidad del gas, Methven le carbura por medio de esencia de petróleo rectificada. El empleo de esta medida-tipo es muy cómodo, en particular-para la fotometría de las lámparas eléctricas, cuya intensidad se representa en bujías. Lámpara de pentana.-Harcourt propone emplear como medid11-tipo luminosa una llama producida por la com bustion del vapor de pentana. La pentana ó hidruro de amilo (OH"), se obtiene por la rect~ficacion de las partes más volátiles del petróleo de América conveni(?ntementelavadas con ácido sulfúrico y con.sosa cáustica. Hierv.e unos 50 grados. La lámpara, -representada por la fig. 286 1 se compone de un recipiente inferior que contiene la pentan'a, ·e n la cual sumerge una mecha móvil situada en el interior de un tubo metálico. La m·echa,· cuya· parté superior permanece á 7 ú 8 centímetros debajo del orifido superior del tubo, no .tie.n.e. más objeto q-ue :qacer subir el líquido hásta el punto en donde el calórico del tubo sea suficiente para volatilizarle. Una doble envolvente concéntríca al tubo interior, mantiene la uniformidad de tempe- . ratura al punto de volatilizacion. La chimenea situada sobre el mechero produce un tiraje suficiente para asegurar la fijeza de la llama y producir una combustion co[I_lpleta. La distancia comprendida entre el orificio superior de la lámpara y fa. base de la chimenea se determina de modo que la parte visible del haz luminoso dé una luz igual á la de una bujía. Los experimentos que se han practicado con esta lámpara han demostrado que el 97 por rno de los ensayos difiere en menos -de 1 por roo del valor medio, mientras que con bujías la -proporcion de los buenos resultados solo tué de 34 por rno. Lámpa1:a de acetato de amilo.-La unidad fotométrica propuesta por Hef ner von Alteneck está constituida por lá llama libre de una mecha saturada de acetato de amilo (C' Hª o•.

ALU.MBRADO ELÉCTRICO

O H11 ) . La mecha está formada de filamentos La unidad práctica de lur_· blanca es la cande algodon que ocupan completamente un tldad de luz. emitt'da normalmente por el mistubo de rriellecor,· de 8 milímetros de diáme- mo caudal. tro interior y 25 milímetros de longitud. La El platino empleado debe ser perfectamente altura de la llama, medida del vértice del puro; se le funde por medio del soplete oxhítubo á la punta, es de 40 milímetros; se gra- drico. Llevado el platino á una temperatura dua subiendo .ó bajando la mecha. Las indi- superior á la de su punto de fusion,· se le cucaciones que suministra este aparato con- bre con un diafragma que tenga una abertura cuerdan mucho más unas con otras que las de superficie determinada. Este diafragma es de las bujías. de doble pared y se le enfría por una cor. Todas las medidas-tipos fotométricas que riente de agua; todas sus _caras están enneacabamos de describir están representadas por grecidas para impedir las reflexiones. llamas, cuya temperatura y, por consiguiente, Los rayos emitidos por la abertura del diala intensidad luminosa depende de la corh- fragma atraviesan un prisma de reflexion toposicion del combustible y •de las condiciones tal que les dirige á una pantalla fotométrica. dentro de las cuales se hace la combustion. Experimentalmente se determina antes el coeDesd~ luego, no es posible suponer que una· ficiente de absorcion del prisma. llama pueda permanecer constantemente idénA medida que el platino se en fria, la cantidad de luz emitida disminuye rápidamente y tica á sí misma. Medida-tipo Violle.-Este físico propone permanece estacionaria durante el periodo de como caudal luminoso el platino á su tempe- solidificacion. Este es el momento en que ratura de fusion. El punto de fusion es, para debe hacerse la medicion, la cual no pre-cada cuerpo, una constante perfectamente de- senta ninguna dificultad, por cuanto la soliterminada. Un metal líquido en vias de solí- dificacion total va acompañada de una espe- · dificarse constituye pues, un cuerpo á tempe- cíe de ráfaga que señala el fin' del periodo ratura fija. Si, además, este metal es inalte- constante é indica con la mayor claridad el rable como el platino, emitirá siempre la mis- instante en que debe efectuarse la lectura. ma cantidad de luz bajo una superficie dada. Esta unidad de luz no es de fácil empleo en Como la calidad de la luz depende de la tem- las mediciones industriales; pero puede servir peratura, por ser el platino el más refractario para determinar lós tipos de los varios mede los metales usuales, será el que, á su punto cheros empleados como unidades fotoméde fusion, dará la luz rriás blanca. tricas. De esto se deduce que la unidad de cada Violle ha determinado la relacion de la lur_ simple es la cantt'dad de lu~ de lp misma unidad de platino y de los varios focos lumiespecie emi'tida en dt'recdon normal por un nosos empleados como tipos en la industria . . centímetro cuadrado de superficie de platino \ Los resultados de estas determinaciones fundido, á la temperatura de sóUdificacion. están reasumidos en el siguiente cuadro: .

Unidades Violle.

Unidades Violle. Carcels.

Bujías de la Estrella ..

CARCELS

Bujías de la Estrella.

Bujías alemanas.

Bujías inglesas.

2'08

0'481

7'75

7'89

8'91

9'08

0'062

0'130

1'02

l 'I 5

1' 17

I 'I 3

l ' 15

1'02

6' I

16'4

18'5

18'9

alemanas ..

0'061

o 127

0'984

inglesas.

o'0',4

0'112

0'870

0'886

0'053

o'r14

0'853

0'869

0,98

Lámparas Hefner-Alteneck.

Lámparas Hefner-Alteneck .

FÍSICA IND.

T. Il.-71

FÍSICA INDUSTRIAL

Fotómetros.

El ojo distingue, en sus sensaciones, el valor y la intensidad. Por más que sea posible reconocer diferencias de intensidad entre colores diversos, el juicio que se forme sobre las intensidades de los focos luminosos que se comparen, no ofrecerá cierta precision más que en el caso en que el color sea el mismo. Aun así, el ojo sólo apreciará bien la igualdad de intensidad sin que en ningun caso pueda deducir directamente ninguna relacion numérica entre intensidades distintas. En la comparacion de dos focos luminosos, el objeto primordial consiste en llevar á la igualdad las cantidades de luz producidas por el uno ó por el otro sobre dos superficies con. tiguas. Basta para ello reducir en una relacion conveniente las radiaciones del foco más potente hasta que las dos superficies parezcan igualmente iluminadas. , Fotómetro de Rumford.-Entre los dos focos A y B que se comparan y una pantalla traslucida P Q (fig. 287) se coloca una espiga opaca vertical. Se hace variar la distancia de ·uno de los focos á la pantalla hasta que las dos sombras proyectadas en M yN, aparezcan con el mismo color. Obtenida esta igualdad, la sombra M relativa al foco A recibe del foco B tanta cantidad de luz como N la recibe de A. Llamando D y D' las distancias A N y B M y suponiendo que las dos · intensidades en la pantalla sean iguales, se tendrá la ecuacion

t, - -i,,

que da la relacion de los brillos

de los dos focos. Fotómetro Bouguer.-La pantalla P Q es de papel fino ó de vidrio esmerilado y en vez de la espiga hay un tabique opaco de carton negro perpendicular al plano de la pantalla. En cada una de los compartimientos así formados se colo.ca una de las luces A y B y se aleja la más potente hasta que las dos mitades de la pantalla parezcan igualmente alumbradas. Como en el caso anterior, se tendrá:

Fotómetro Foucault.-Este fotómetro es un perfecciona¡niento del de Bouguer. La pan-

talla translucida constituye el fondo de una caja pintada en negro en su interior y abierta por la parte anterior (fig. 288). Un tabique móvil perpendicular al plano de la pantalla divide la caja en dos partes iguales. Si se colocan las dos luces que se comparan á cada lado de este tabique, . frente qe la pantalla translucida, la placa proyectará en la pantalla dos sombras rectilíneas y paralelas que comprenderán entre sí una faja brillante ú oscura, segun la distancia de la placa á la pantalla. Moviendo lentamente el tabique ó divisoria por medio del botan M, se podrá reducir la faja de separacion á una línea geométrica. Una vez_ obtenida la igualdad de luz, es-ta línea desaparece y se presenta la pantalla uniformemente alumbrada. Los dos pequeños postigos laterales v, v' paralelos á la cara de la pantalla y móviles por medio de un tornillo b, permiten poder variar.la superficie alumbrada de la pantalla, buscando la.que dé más sensibilidad al ojo. El anteojo T, situado detrás de la pantalla dirige el ojo del observádor segun el eje del aparato. La naturaleza de la pantalla translucida tiene una gran importancia; es preciso que el ojo la vea uniformemente-al umbrada, sin que pueda distinguir las llamas á través de su e$pesor. La pantalla de Foucault está formada por un cristal en el cual se ha depuesto una capa muy igual y suficientemente gruesa de almidon mantenido en suspension en el agua. Esta capa está protegida por un vidrio fijo por sus bordes en el cristal. . . La fig. 289 representa una tabla fotométrica: montada con la pantalla de Foucault. La lámpara Cárcel está colocada en la balanza á un metro de la pantalla. El foco luminoso que se mide está montado· en una pieza móvil á lo largo de una regla dividida. Esta pieza se mueve por medio de una manivela al alcance de la mano del observador. Haciendo mover el carro, se coloca la segunda luz en una posicio'n tal qué las dos mitades de la pantalla estarán igualmente alumbradas, y se obtendrá .como anteriormente·

A -

ALUMBRADO ELECTRICO

' Fotómetro Napolt' (fig. 290).-En vez de hacer variar la distancia de una de las luces á la pantalla fotométrica, se puede conservar esta distancia fija, y llegará la igualdad de alumbrado recibiendo en la porcion de la pantalla iJuminada por el foco más intenso sólo una fracciort determinada de la luz que emite. La pantalla fotométrica que se emplea es la de Foucault. En frente de una de las mitades se encuentra un disco móvil, en cuya circunferencia están practicadas seis aberturas _ iguales que forman un ángulo al centro de 30 , grados. La -superficie de las seis aberturas es pues la mitad de la superficie total del anillo en el cual están caladas. Estas aberturas pueden cubrirse en totalidad · ó en parte por medio de placas móviles movidas por un boton situado frente el instrumento al alcance del operador. Los seis obturadores se mueven simultáneamente; un tambor graduado con 1,8oodivisiones, indica el ángulo de abertura y por consiguiente la relacion entre la superficie libre y la superficie total. U na de las mitades de la pantalla está alumbrada directamente por uno de los focos; la otra mitad recibe la luz que dejan pasar las muescas. Si se hace girar lentamente el disco, esta mitad de la pantalla aparecerá alternativamente alumbrada y oscura. Acelerando el movimiento, las fases de luz y de oscuridad se sucederán con la suficiente rapidez para que la sensacion luminosa persista-y se presente la pantalla como si estuviese alumbrada de un modo continuo; sin embargo, la cantidad de luz percibida será solo una fraccion de la cantidad total emitida por el foco . Conocida esta fraccion y la distancia de los dos focos á la pantaila, se podrá deducir la relacion de las dos intensidades luminosas que se comparan. Llamando A y B las potencias luminosas de las dos luces; D y D sus distancias á la pantalla; n el número dé divisiones que indican la abertura de los huecos, se tendrá: D' . 3,600 A=-n-· D'' .B.

cular translucida, obtenida impregnando el papel con una materia grasa. , Examinando esta pantalla con la luz reflejada, es decir, si el ojo del observador está situado en el mismo lado que el foco luminoso, la parte -central se presenta más oscura que el contorno, per reflejar éste mayor cantidad de luz que la parte central traslucida. Cuando, por lo contrario, la pantalla está alumbrada con la luz transmitida, es decir, que está situada entre el ojo y el foco luminoso, entonces el efecto es inverso; la mancha se presenta más brillante que el an~llo. Si se coloca esta pantalla entre dos focos luminosos A y B, normalmente á la recta que les une pasando por el centro de la pantalla, cada una de sus caras estará alumbrada á la vez por transmision y por reflexion; luego el problema se redu~e á determinar la posicion que debe darse á la pantalla entre los dos focos A y B para que el alumbrado de las dos caras sea el mismo.

Sean a la porcion de luz reflejada. · • • por la parte blanca b » » » )) transmitida del papel. >> >> » absorbida .. e >> a. , ~, '( las cantidades de igual naturaleza relativas á la parte translucida .de la pantalla.

Por difinicion se tendrá: a + b + c=a. + ~ + '(= I

Llamemos x é y l~s distancias de la pantalla á los dos focos A y B. A _ _ _ __ _ B

<·····x ..... x ..... y ..... > En esta posicion, la parte blanca de la izquierda emitirá por unidad de superficie una cantidad de luz igual á:

aA+b_! x•

La cantidad emitida por la parte translucida será: A B a.-+ B x• y'

Si se coloca la pantalla en una posicion tal Fotómetro de Bunsen.-La pantalla del fotometro de Bunsen es una hoja de papel _que la· parte blanca y la parte translucida de blanco, en cuyo:centro hay una n;ancha cir- la izquierda aparezcan igualmente alumbra-

FÍSICA INDUSTRIAL

das, es decir, tal que la mancha no sea visible, se tendrá: aA bB a.A ~B x•+ x'+ y' y• - -

de cuya igualdad se d_educe esta otra

(1)

B -

~-b x' a-a. · y'

Operando del mismo modo con relacion á la cara de la derecha; llamando x' é y• las distancias de la nueva posicion de la pantalla á los focos A y B, se tiene (2)

a-a.

' B - T~li

x'' y''

7r -

cualquiera de esta esfera s~ra : • . El haz luminoso L, que atraviesa el plano P Q, es evidentemente igual al que recibe el casquete esférico subtendido, y su expresion será: (1) L

' Multiplicando las ecuaciones (1) y (2) término por término, resulta:

(3)

(figura 292) una pantalla fotométrica P Q de 1 altura 2 h, cuyas dos mitades estén respectivamente alumbradas por dos focos luminosos, que supondremos reducidos á dos puntos, y cuyos brillos totales representaremos por A y B, y por x é y ~us distancias á la pantilla P Q. Si, del punto A como centro, trazamos una esfera de radio R, el alumbrado en un punto

XX'

yy'

Describiendo una esfera de radio R' alreded0r del segundo foco B, tendremos igualmente: (2)

Para que x x', y y' se deberá tener (a-a.)= (~-b) y, por consiguiente e = y. En el caso general, la posicion de la panta11a en el instante en que se encuentran igualmente alumbradas sus caras, está dada por la relacion: I

(R-x) A A = -21t~R -- . = 2nR(R-x) -R•

'_ L -

COMPARACION DE DOS FOCOS LUMINOSOS DE

Consideremos

INTENSIDADES MUY DISTINTAS. -

(R' - y) B R'

Cuando las distancias x é y de los focos á la pantalla sean tales que L = L', se tendrá exactamente: (3)

73-

Este valor de Si las dos luces tienen el mismo color. y los coeficientes de absorcion e é y difieren muy poco, se obtiene con la mayo{facilidad esta posicion media con la observacion directa y la relacion de las intensidades de los dos focos se deduce inmediatamente de la relacion de los cuadrados de sus distancias á la plantalla. La fig. 291 representa un banco fotométrico montado con una pantalla Bunsen E. Para que el observador pueda ver simultáneamente las dos caras de la pantalla, está situada ésta en el plano bisector de dos espejos inclinados. B es la luz de comparacion. . A es una lámpara de incandescencia colocada en un soporte móvil que permite medir la intensidad luminosa en varios azimuts y á inclinaciones varia bles. MM' es un /espejo que mide la intensidad luminosa de un foco á distintas inclinaciones.

2 n

R (R ' -y) R' (R-x)

es evidentemente distinto

del valor _; : que se adopta casi siempre para representar la relacion de las intensidades fotométricas de los dos focos, por lo tanto conviene determinar la importancia del error que resulta de esta simplificacion. Llamemos p . el valor exacto de ·la relacion

BÁ

definido por la ecuacion (3 ), y k p el de

la relacion aproximada:

x•

kp=-, y

(4) Asi tendremos: _(5)

.x'

R-x

h=y·y· R' -

Multiplicando por (R +x) (R' y) el numerador y el denominador, y observando que R' -x• h' R'•- y', la ecuacion (5) podrá ponerse bajo esta otra forma:

= =

ALUMBRADO ELÉCTRICO

I/ = I t-+ V 1+I

(6)

+-h'_+ y•

+ -h,- • y•

- - = - - - - - - -_-_-_-_-_--"-_-_-

k' x'

h' x'

Si A > B, resultará x > y y, por consiguiente, k > 1; es decir que, suponiendo que la relacion de las intensidades luminosas sea .igual á la de los cuadrados de las distancias, será exagerado el valor relativo al foco más potente. Para determinar el límite máximo del error cometido,✓ observaremos que, siendo generalmente h mayor que y, se tiene: h' 1+--+ y'

J/1+-<2+-Jh• y•

~h,• 2y·

y, por consiguiente: (7)

Para h 4 centímetros, é y= metros se tiene; h

100

centí-

< 1 '0012.

Este ejemplo demuestra que si en fa r.e lacion

·_i

de los focos no es rigurosamente igual

á la de los cuadrados de sus distancias á la pantalla, es fác~I hacer: que el error sea despreciable, comparado con el que resulta de la falta de sensibilidad• del ojo; puesto que, en las circunstancias más favorables, no es po~ible apreciar diferencias de alumbrado inferiores á 1 ·por 100. Existe otra razon para no colocar los focos demasiado cerca de la pantalla. Por ser finitas las dimensiones de los focos luminosos, el error que se comete suponiéndoles reducidos á puntos, será tanto menor cuanto mayores sean sus distancias á la pantalla fotométrica, relativamente á las dimensiones lineales de los focos luminosos. Cuando se trate de medir focos de intensidad mu y grande, y las dimensiones de la cámara fotométrica no permitan colocar la luz de comparacion á distancia conveniente de la pantalla, debe entonces recurrirse á uno de los procedimientos siguientes: I. Empleo de un foco auxiliar. - En vez

de comparar directamente el foco luminoso con la lámpara Caree! ó la bujía, se toma como término de comparacion un foco luminoso más intenso cuyo valor se determina en funcion de la unidad. Se construyen con este objeto ,mecheros de gas ó lámparas de petróleo, de 5 ó de 10 carles de intensidad, cuyo régimen sea suficientemente constante para poderles emplear como medidas-tipos secundarias. Esteméto do es el más sencillo que puede adoptarse: mas, en el caso de no poderle emplear se recurrirá al siguiente. II. Empleo de una lente divergente. (Ayrton y Perry), (fig. 293). - Sean A y B las intensidades de los focos que se comparan. Coloquemos una lente convergente M Nen; tre el foco A y la pantalla E; el haz luminoso recibido por la pantalla será el mismo que si estuviese alumbrada directamente por la imagen· virtual de A. Si suponemos provisionalmente que el coeficiente de absorcion de la lente sea nulo; · el brillo intrínseco de la imagen será el mismo que el del foco, y los resplandores totales_estarán en la misma relacion que los de las dos superficies luminosas, es decir, igual á la relacion de los cuadrados de las dos rectas homólogas a b y a' b'. Así, tendremos: A'

-¡;:-

( a' b' 'ª

= ·ª¡;-)

Si p y p' representan las distancias de A y de A' al eje óptico de la lente, y f la distancia focal principal, se pondrá:

a' b'

ab y como

resulta

P' _ ÉL P+f P

(

t )' P+ t

El resplandor en E será: A'

(P'+x-p)'

566

l:ÍSICA INDUSTRIAL

Cuando las dos caras de la pantalla estarán igualmente alumbradas, la relacion de las dos intensidades fotométricas se ,hallará por la relacion

( (p+ A

X _

Un ejemplo numérico dará á comprender mejor la ventaja de este método. Tomemos ,un banco fotométrico de 4 metros de longitud total, y una lente cuya distancia focal principal sea/= 10 centímetros. Supongamos que la igualdad de claridad se Óbtenga con x=300 centímetros,P=.180 centímetros, y= roo centímetros; así, se encontrará: A

73 =2,550 Si no se hubiese empleado la lente hubiera sido necesado colocar el foco más potente á 50'49 metros de la pantalla para obtener la igualdad de alumbrado, manteniendo el tipo de medida á un metro. · Esta disp9sicion se aplica igualmente al fotómetro de Bunsen y al de Foucault. En el cálculo anterior hemo~-supuesto que el coeficiente de absorcion tle la lente es nulo: pero, en realidad, no es así, y este coeficiente debe determinarse .experimentalmente comparando la intensidad de dos foco~ constantes, directamente al principio, é interponiendo la lente despues. CoMPARACION DE LAS LUCES DE COLORES M'JY DISTINTOs.-Hasta ahora hemos supuesto implícitamente que las dos luces que se comparan tenian el mismo color, en cuyo caso los métodos fotométricos descritos son susceptibles de dar resultados exactos. No sucede lo mismo si se comparan dos luces cuyas temperaturas de emision sean muy distintas; entonces ya no es posible establecer exantamente Ja igualdad de alumbrado de las dos mitades de la pantalla fotométrica, puesto que Ja impresion luminosa producida en el ojo varia con el co¡or. - · Crova ha indicado el medio de comparar los focos luminosos de distinto color, fundado en · las observaciones siguientes: Supongamos extendidas, en dos espectros

contiguos, las radia~iones simples que constituyen la luz proveniente de un regulador eléctrico y la de una lámpara carcel-tipo. Si las distancias de los dos focos al fotómetro son tales que su alumbrado medio sea el mismo, los dós espectros estarán lejos de presentar el mismo aspecto; hácia el extremo violado la relacion de la intensidad del arco á la de la lámpara será mayor que la unidad; mas, á medida q t.:ie se va acercando al rojo, esta relacion. disminuye gradualmente obedeciendo á la ley de continuidad y será menor que la unidad al extremo roJo. Existe,·pues, una radiacion sÍmple determinada, cuya longitud de onda depende de la naturaleza de las dos luces comparadas, para la cual esta relacion es igual á la mitad. Si esta relacion es exactamente conocida, la medida de la relacioi;i de_sus intensidades en los dos espectros dará la relacion de las intensidades totales de los dos focos. 'Como en la comparacion de los focos eléctricos y de las láll}paras Carcel, esta relacion se·halla en el amarillo, cerca de la raya D del espectro, bastará 1interponer entre el ojo y la pantalla fotométrica una substancia coloreada que no deje pasar más q~e las radiaciones comprendidas entre las rayas C y E del espectro, entre las cuales se encuentra la raya D. Para ello se prepara una solucion compuesta de: Percloruro de hierro anhido sublimado 22' 321 gms. Cloruro de nickel cristalizaqo. . . . 2 7' 191 » 100 cmª• Agua destilada. . . . . . . . . .

Despues de haber saturado esta solucion de cloro, se vierte en un frasco de vidrio de caras paralelas. Cuando la capa líquida tiene siete milímetros de espesor, ya no deja p_asar más que las radiaciones comprendidas entre las longitudes de onda 630 p. y 534 P. con un máximo de 580 p., es decir, aquellas que comparadas den la misma relacion que la de las claridades de la carcel y del mechero elétrico. De este modo la com paracion de dos focos de color distinto se convierte en la de dos 1uces de igual color. INTENSIDAD MEDIA ESFÉRICA. - Para tener una comp¡uacion exacta de los diferentes focos luminosos, debe determinarse el haz luminoso en las varias direcciones del espacio y calcular la claridad media de u_n a esfera

ALUMBRADO ElÉC:TRICO

cuyo 'punto luminoso es· el centro. Si el foco es simétrico con relacion al eje vertical, b'asta trazar la curva de las intensidades fotométricas en un azimut; se divide entonces la esfera en zonas horizontales suficientemente estrechas y se multiplica la superficie de cada una de estas zonas por la intensidad luminosa del rayo que corresponde á su paralelo medio. Dividiendo la suma de estos productos por la superficie de la esfera, se obtiene lo que se llama la intensidad media esférica del foco considerado. . Llamemos), la intensidad luminosa en sentido de la línea que forme un angulo 8 con el plano horiiontal, y considerem·os dos rayos infinitamente cercanos que formen con la horizontal ángulos e y e+ da. La superficie de la zona comprendida entre estos dos rayos, será: 2

cosed _e

y el haz correspondiente será: 2

A cos e d

¡.

El haz total recibido por la porcion de esfera comprendida entre las_ paralelas e, y e,, tendrá por expresion

·a

•

A ces e d

Dividiendo el valor de esta integral por la superficie de la porcion correspondiente de esfera 2 7t (sen e,= sen e,), se obtendrá la claridad de la línea considerada. Esta determinacion puede .representarse gráficamente como indica el trazado . de la figura 294, que se rnfi.ere á la intensidad media esférica de una lámpara Carcel. Siendo las a bcisas proporcionales á los senos de las inclinaciones sobre la horizontal, y midiendo las ordenadas las intensidades fotométricas correspondientes, la superficie de la curva representa el haz luminoso total correspondiente -á la semi-esfera, y la ordenada media dará inmediatamente la intensidad media esférica buscada. En el ejemplo que hemos elegido, esta intensidad media es las 0'761 de la intensidad horizontal. Segun los ensayos fotométricos hechos en lámparas de arco de diferentes sistemas, si llamarnos!

S la intensidad luminosa esférica media; H horizontal; M máxima;

se tendrá la relacion:

Las intensidades medias en cada uno de los hemisferios estarán representadas por:

. _!!_ para el hemisferio superior 4

H+M - - - - para el hemisferio inferior.

4·

Estas fórmulas empíricas dan, en la mayoria de los casos, valores muy~aproximados á los obtenidos con el cálculo exacto. La fig. 295 representa gráficamente la intensidad media esférica de una lámpara -de arco voltáico : Para determinar la intensidad fotométrica de un foco á ángulos distintos, el experimento debe disponerse de modo que el haz luminoso ~ue se mide sea normal á la superficie de la pantalla fotométrica. . Si el fotómetro está fijo, que es el caso más frecuente, se empleará una disposicion especial para realizar la condicion que acabamos de enunciar. La que vamos á describir ahora, debida á Ayrton y' Perry, es de ·e mpleo muy cómodo y fácil de experimentar en un laboratorio de dimensiones ordinarias. Sean (fig. 296). 00' el eje del banco fotométrico; E' la pantalla; A' el foco luminoso que supondremos colocado primeramente en el plano horizontal que pasa·por el eje del fotómetro, á la distancia horizontal d de la línea 00' MM' es un espejo plano cuyo centro S se halla sobre el pié de la perpendicular bajada de A á 00'. Este espejo está dispuesto de modo que pueda moverse alrededor del eje 00 permaneciendo siempre tangente á un éono recto de base circular SMN cuyo ángulo al vértice es de 90 grados. Supongamos primeramente que este espejo sea tangente al cono segun la generatriz ho; rizontal SM, y, por consiguiente, perpendicu1

· FÍSICA INDUSTRL\L

rá r,_ues comparar sus intensidades y medir sus superficies respectivas. El brillo depende principalmente de la temperatura á que se ha llevado el cuerpo sólido incandescente. Las cifras siguientes _indican los límites dentro de los cuales varía este brillo, con relacion á varios focos. Un centímetro cuadrado de llama da:

lar al plano horizontal que corta segun MSM'. Los rayos emitidos horizontalmente por· la lámpara encontrarán este espejo formando un ángulo de 45 grados, y se reflejarán según SO, normalmente á la pantalla E, que estará alumbrada como si el foco A se encontrase á la distancia (x d). Subamos ahora el foco de una cantidad.. 1 sobre el plano horizontal, segun la vertical -que pasa por A, y hagamos girar el espejo de un ángulo e tal que

t:ng e =

Bujías.

Con un mechero-bujía de gas .. Argand. . . intensivo SiemerÍs .. una lámpara de incandescencia electrica. Con una lámpara de arco voltáico.

J .E~ esta nueva posicion, los rayos '

que con la horizontal forman un ángulo e, serán perpendicular es aleje 00' y, como cortan el espejo formando un ángulo de 45 grados, se reflejarán de nuevo normalmente á la pantalla, que se encuentra entonces á la distancia (

d ) +-• del foco. Se medirá así la intencos 6 . .

sidad fotométrica del foco según las .inclinaci<?nes e,, 81, ..... ya sobre ó ya debajo del plano horizontal. Para las inclinaciones próximas á 90 gradq_s se hará correr el foco fijándole en el plano vertical que pasa por 00'. Antes "de principiar las mediciones debe determinarse con cuidado el coefi,ciente de absorcion del espejo, comparando dos focos de intensidades constantes con y sin espejo. Si el foco no ·es simétrico con relacion al eje vertical, se repiten las mediciones para un cierto número de acimuts cx, para cada uno de los cuales se calcula la intensidad media. Trazando en la esfera los haces correspondientes, se obtiene sin dificultad la intensidad media ª• ). cx d.cx esférica cx 2 7t

La fig. 296 representa la disposicion adoptada para montar el espejo M M' en el banco fotométrico. La medicion de la intensidad media esférica de las lámparas de incandescencia puede hacerse directamente montando la lámpara en un soporte móvil al rededor de un eje vertical y de un eje horizontal. Esta disposicion está representada igualmente en la fig. 2 0. 9 BRILLO INTRÍNSECO DE LOS FOCOS LUMINOSOS.

-La intensidad fotométrica de un foco Juminoso se representa por S E, es decir, el produdo del brillo intrínseco por su superficie. Para comparar los brillos intrínsecos de dos focos luminosos de naturaleza distinta, basta-

0'06 0'30 0'60

El brillo del sol es unas 50 veces el del arco voltáico. MEDICION DE LA CLARIDAD.- La medida de la intensidad luminosa de un foco solo da á conocer uno d!:) los elementos del problema que se plantean en las aplicaciones industriales, puesto que en realidad lo que importa conocer en un a'.l.umbrado, es la cantidad de luz de que se dispone para ver ciertos objetos, es decir, la claridad de estos objetos. En este caso, como unidad se adopta la bu/fametro, ó sea la carcel-1111etro, esto es, la claridad suministrada por una bujía ó una carcel situada á un metro de distancia. Para leer tan facilmente como con la luz del dia se necesita una claridad de 50 bujías metro, cuya cifra puede considerarse como un máximo; pero en la mayor parte de las aplicaciones la claridad puede ser inferior á esta cifra. Como límite inferior se pueden adoptar 15 bujías-metro. ~ El fotómetro representado por la fig. 297 se aplica muy .bien á la medicion del alumbrado. Se compone de un tubo A de 30 centímetros de largo y 8 centímetros de diámetro, montado en un pie, y de un segundo tubo B móvil en un plano perpendicular al eje de A. Un sector graduado da á conocer su inclinacion sobre la horizontal; un tornillo de presion permite mantener el tubo B en una posicion determiµada. El interior de estos tubos está ennegrecido. C es una lámpara aux_iliar cuya intensidad debe permanecer ·constante mientras dura el

ALUMBRADO ELÉCTRICO

experimento. Esta lámpara alumbra un disco luz recibida por varios puntos, si que de la opalado fijo en un marco f que corre á lo forma y del color de los objetos iluminados, largo del tubo A, por medio del tornillo V; y tambien de la claridad relativa de los espa- .. ün vernier movidt1 por et tornillo permite cios contiguos; en general, la cantidad total leer á o' r milímetros de diferencia la distan- de luz á suministrar para obtener un alumcia de la lámpara C al disco /. brado armónico, será tanto men_o r cuanto maEn el interior de B está fijo un prisma que yor sea la uniformidad con que esté repartida · refleja los rayos salidos de / sobre una de aquella, y, bajo este punto de vista, será muy las mitades de la pantalla fotométrica k, sea ventajoso multiplicar el númerq de focos pero cual fuere la posicion de B. La segunda mitad disminuyendo su intensidad. de la pantalla k está iluminada por los rayos El brillo intrínseco de los focos luminosos salidos del foco luminoso que se estudia. La desempeña igualmente un papel importante, intensidad de las radiaciones puede reducir- siendo necesario muchas veces atenuar este se en una propor.c ion conocida, por la inter- brillo interponiendo globos ó pantallas trasposicion de una ó de varias · placas de vidrio lucidas, por más que absorban una cantidad 1 esmerilado ú opalino, cuyos coeficientes de muy notable de las radiaciones luminosas. En absorcion se hayan determinado experimen- una palabra, para no fatigar la vista, un alumtalmente. Estas placas de vidrio se fijan en brado artificial debe aproximarse tanto como un marco al extremo del tubo B y se ponen sea posible á las condiciones habituales de la blancas ó de color segun el objeto que se pro- luz difusa del dia. ponga. El tubo h, en forma de embudo, y el · El estudio completo de un alumbrado es tabique interior q tienen por oHjeto impedir pues, una cuestion bastante complicada, muy que los rayos luminosos del foco exterior pa- difícil, por no decir imposible, de someterá sen á la otra mitad de la pantalla k. reglas absolutas. Para aplicar este aparato á la comparacion Sin embargo, las consideraciones siguientes de las claridades de dos superficies, se dirige darán lugar á abreviar considerablemente los al tubo B sob_re una de ellas, se busca la po- tanteos inevitables en un estudio de esta nasicion que deba darse á la placa de vidrio / turaleza, en particular si se trata de alumbrapara obtener la ig,ualdad de alumbrado en am- dos cuyo objeto esté bien determinado y para bas caras de la pantalla k; se repite lo mismo los cuales el lado decorativo y artístico descon relacion á la segunda superficie; la rela- empeñe un papel secundario. c-ion que se busca será la inversa de la de los Estudiaremos primeramente el alumbrado cuadrados de las distancias de la lámpara au- de una superficie X X' (fig. 298) por un foco xiliar á la placa /, en cada uno de los casos. luminoso de intensid_a d L, situado á una disSi la claridad de una de las superficies es tancia y de dicho plano X X'. conocida, es decir, si está iluminada por un La claridad e en un punto M, situado á la foco de intensidad conocida situado á una distancia x del pié de la normal LO, será: di_stancia determinada, el experimento dará L inmediatamente la claridad de la segunda sue ~ cos a· x•+y' ' perficie, representada en bujías-metro. ESTUDIO DE UN ALUMBRADO. - La cantidad expresion que puede representarse bajo una total de luz á suministrar, la naturaleza, la inde las dos formas siguientes: tensidad, el número de focos luminosos, la L disposicion que se les deba dar, _dependen COS 3 a· e- - (1) y• ' esencialmente del objeto que se proponga, ya sea, concentrar la luz en ciertos puntos, L sen • acosa e ó iluminar uniformemente superficies horiX zontales ó inclinadas, _ó bien producir ciertos La ecuacion ( 1) da el valor de la claridad contrastes de sombra y de luz. en un punto, para varios valores de x .(x La impresion produ¡;ida por un alumbrado depende no tan sólo de la cantidad total de y tanga), cuando y es constante. r. IJ..-72 F!SICA IND.

- --·

=- .

FÍSICA INDUSTRIAL

570

La ecuacion (2) demuestra que, para un valor dado de x, e será nulo cuando a= o, es • decir, cuando el foco esté al infinito, y para

a=~, 2

es decir, cuando el foco se encuentre

en el plano X X' ; el valor de la claridad pasa pues por un máximo que se obtiene poniendo de -d a = o, esto es para . (3)

a= 2

tang'

y= 0 '707 x.

Llenada esta condicion se tiene: L

e =3V3 · 7 La c:tntidad de luz d q recibida por la superficie anular, cuyo centro se· encuentra en O, comprendida entre los círculos de radios x y x d x, la dará la ecuacion:

(4)

L dq= - , cosª aX2 1txd x =2 1t Lsenada; y

y para el círculo descrito desde el punto O como centro con un radio x, se tendrá : (5)

con

2 1t

L (1

cosa)

= are tang -y

El valor medio de la claridad-en el círculo de radio x será : 2 L I 2L (6) e,n= - . (1-cosa)= - , senatang - a X

Las ecuaciones' anteriores son aplicables á un número cualquiera de focos que alumbren

un espacio dado; en cada punto, la luz directa será la suma de la luz suministrada por cada uno de los focos. En todos los casos que se· presenten, se ten:drá en cuenta la luz reflejada y difusiva de las paredes , que contribuye igualmente á dar más claridad á los varios puntos. Llamemos L la suma de las intensidades medias esféricas de los focos que alumbran una sala, y <¡> el coeficiente de absorcion de las paredes; la primera reflexion dará una cantidad de luz igual á L (r - <¡>); la segunda L (r - <¡>)', etc.; la n, reflexion dará L (r - <¡> )", y 1~ cantidad total de luz dif_usa esparcida por la sala por la reflexion de las paredes será L (r - <¡> ) <f

En una sala cuyos cortinajes y mueblaje. sean de colores oscuros, q, será muy próxima á la unidad, y la cantidad de luz difusa contribuirá en p~queña proporcion al alumbrado general. Por lo contrario, si el mueblaje tiene un color claro y hay muchos espejos en los muros, la luz difusa adquiere una importancia considerable; así, por ejemplo, con i¡,=0'20, la luz difusa será igual á cuatro veces la suministrada por las radiaciones directas. . Con todo esto se ve que son extraordinariamente difíciles de resolver los problemas · de alumbrados basados en el cálculo solamente; así, en la mayor ·parte de los casos, lo mejor será guiarse por el estudio de las instalaciones existerites. El cuadro siguiente, debido á Mascart, suministra -datos prácticos muy interesantes sobre esta cuestion.

57 1

ALUMBRADO ELÉCTRICO

Planta m•

--------

NÚMERO DE BUJÍAS

DIMENSIONES

por metro horizontal.

por metro cúbico .

1,800 4,000 8,000

2'50 5' 35 l 1' I O

9' 19 0 ' 43 0'85

1,000

2' 28

0' 28

6,000 I , I40 4, 720

8'93 27 '85 8'90

o'8 1 I ' .'l l o'5 9

24, 000 2,460 1,350 4,06 7 3,600 1,350

18,720 4,3 20 72 0 7,560 3,600 720

14' 46 14'40 4'36 15'24 I 3'98 4' 36

0' 78 1' 75 o'53 1'86 0' 56 0' 53

5,600 4,800 3,500 1,000 3,250 1,400

2,470 2,360 2,3 40 1,900 3,200 1,970

7'06 9'44 9' 75 21 ' 10 16'06 20'5 2

0 '44 o'55 0'6 7 1' 90 0'98 1'40

Volúmen mª

Número total de buj ías.

Sala de los espejos del Palacio de Versalles.

720

En 1¿45. En 1 73. En 1878.

9,360

))

Sala de las Fiestas de Compi,•gne.

En 1888 ..

44°

3,520

Opera (Noche de Baile) .

672 400 53°

Vestíbulo. Sala .. Escenario.

7,39 2 9,200 8,000

Casas Cons istoriales (Bailes de 1888.)

Sala de Fiestas. Comedor .. Glorieta . . Salones. Galerí a lateral. Salon reserva,do.

,29 5 300 16 5 496 2 57 195

Teatros (Sala) .

Odéon . Gaieté. Comédie frans;a ise . Pala is- Roy al. . Porte S'-Martin. Renaissance.

Luz eléotrioa..

Cuando una corriente de intensidad i pasa por un conductor de resistencia R, la cantidad de calórico desarrollado en un segundo es 0 ' 24 R i' ca1orias. Depende tan solo de la intensidad de la corriente y del valor absoluto de la resistencia; la elevacion de temperatura que resulta, depende de las dimensiones lineales de la resistencia ; y, puesto que la intensidad luminosa aumenta muy rápidamente con la temperatura del cuerpo incandescente, el problema se reducirá á concentrar la mayor cantidad de calórico posible en un pequeño volúmen de materia. Con este · resultado es más fácil de obtener la corriente eléctrica que con la-combustion; la potencia necésaria para producir cierta cantidad de luz será mucho menor en el primer caso que en el segundo. Nos ocuparemos en primer lugar del alumbrado por el arco voltáico ,'producido, como se hacia al principio, entre dos carbones opuestos uno á otro. Hemos visto ya que estos carbones se gastan desigualm ente, por

35° 250 240 90 200 96

combustion y por arranque de partículas transportadas del carbon positivo al carbon negativo . De ahí resulta que, para que no se interrumpa la corriente, deben aproximarse de cuando en cuando estos carbones uno á otro. Primitivamente esto se hacia á mano ; mas, despues se han imaginado un gran número de de aparatos, llamados r eguladores de lur_ ~léctr ica ó lámparas eléctr icas, que funcionan automáticamente bajo la influencia de la misma corriente que produce el arco. Para que un alumbrado basado en este sistema sea práct(co y duradero, debe aplicársele un mecanismo que permita á los carbones cumplir con las tres condiciones siguientes: r. º Contacto, para la inflamadon; 2. º Separacion, para que se forme el arco; 3. º Conservacion de una distancia constante, para la estabilidad de la luz. Tal es el objeto de los reguladores. Existe hoy dia una cantidad tal de reguladores, ingeniosos todos ellos, que forzosamente debemos renunciará describirlos todos,

ºFÍSICA INDUSTRIAL 572 y nos limitaremos por tanto á considerar los bones se aproximan para volverá adquirir su de uso más corriente. posicion normal. . Dos casos pueden ocurrir cuando se trata Para realizar prácticamente el principio de de obtener la luz del arco voltáico. este regulador y obtener una luz constante, Primero.-Se trata de obtener un solo arco es indispensable que las dos fuerzas autagoalimentado por un generador especial. En nistas accionen sobre el portacarbon móvil este caso pueden suceder dos cosas: que se por medio de un mecanismo de relojería que exija que el foco luminoso se conserve siem- equilibre y limite los movimientos de la espipre en el mismo punto del espacio, á pesar ga GH. del desgaste de los carbones, ó que no se Cua,ndo se emplean reguladores de este exija esa fijeza en la p_osicion del foco. tipo, sólo puede ponerse una lámpara por Describiremos aquí los reguladores d~ arco circuito; puesto que, como el portacarbon ó lámparas de arco que satisfacen á la con- móvil depende de las variaciones de la cordicion de la fijeza del foco, que son la lámpara- riente principal, si hubiese varias lámparas regulador de Serrín y la de Dubosq, advir- en série, las variaciones que se producirian tiendo que, la primera es más práctica, más en una cualquiera ·de ellas, repercutirian en inJustrial, menos delicada que la segunda. todas las demás, y los arcos se encontrarian Segundo.-Se trata de alimentar por un I en un estado continuo de inestabilidad. solo generador de electricidad, varias lámpaReguladores en derivacion.- Los antiguos ras de arco colocadas en série en el mismo reguladores eléctricos funcionan bien_cuando circuito, esto es, que una misma corriente las cada uno se encuentra alimentado por una recorre todas una tras otra; en este segundo corriente esEecial; mas no se prestan á la dicaso hay que usar las lámparas de arco lla- vision de la lu 1 eléctrica, esto es, á alimenmadas de derivacion ó tambien diferenciales. tarse todos por una corriente única. En ellos Antes de pasar más adelante vamos á indi- sucede que la corriente y el mecanismo marcar los principios en que se apoya la cons- chan siempre ligados entre sí. trucion de los reguladores. Si la corriente disminuye algo en intensiReguladores e'f!, série. -En estos aparatos, dad normal ó en el régimen por culpa del gelos dos carbones tienden á ponerse en con- nerador eléctrico, el mecanismo de la lámpara tacto y su separacion se determina por la acercará los carbones y la corriente volverá á accion de un solenoide situado en el circuito su intensidad normal. Si el arco se agranda, y principal. por solo esta causa disminuye la intensidad de La fig. 299 indica el principio de estos rela corriente, el mecanismo acortará e-1 arco y guiadores. Uno de los carbones está fijo; el la corriente volverá al régimen. otro está unido al alma G H de un solenoide Vemos aquí que las dos cantidades, longisituado en el circuito T B G C T' de la cor- tud dei" arco é intensidad de la corriente, están riente que alimenta el arco. Un resorte ó un estrechamente ligadas por el mecani5mo repeso P tiende á aproximar los dos carbones; gulador de estas lámparas. la accion magnética del solenoide sobre el Pero precisamente esta estrecha relacion de alma G H tiende por lo contrario á separarles. mútua dependencia, conveniente cuando la Durante el paro, los dos carbones están en lámpara está sola en un circuito, era un obstácontacto, y está cerrado el circuito; al hacer culo para colocar otras en el mismo circuito. pasar la corriente la espiga G H es atraída En efecto: supongamos dos lámparas de hácia abajo y se forma el arco. Para cierta in- este género puestas unas á continuacion de tensidad de corriente, correspondiente á la otras y alimentadas poi- una sola y misma corlongitud normal del arco, la accion del peso riente que sucesivamente las recorra. P y la del solenoide se equilibran y permaneSupongamos que, en un momento dado, el cen fijos los carbones. Así que la longitud del arco voltáico tiene la conveniente longitud ar-co aumenta, á causa del desgaste de los car- en una de ellas y es algo excesiva en la otra: bones, la intensidad de la corriente disminuye, la intensidad de la corriente disminuirá lo dominada por la accion del peso P; los car- mismo para la~una ·que para la otra lámpara, y

ALUMBRADO ELÉCTRICO

ambas aproximarán sus carbones, resultando que la enmienda de la segunda produce el desarreglo de la primera. A salvar esta dificultad, y á resolver, por tanto, el problema de la division de la lu:r_ eléctrica dirigieron sus esfuerzos los inventores, y lo han conseguido por medio de los reguladores de derivacion y de Íos reguladores diferenciales. Todos ellos pueden llamarse lámparas polífotas, en el sentido de que se· prestan á ser aÍimentadas por un solo generador ó un solo ~ircuito, para distinguirlos de los antiguos reguladores llamados inonófotos. La ínvencion de los reguladores de derivacion se la disputan LontirÍ, de Francia; Tchikoleff, de Rusia, y Hefner Alíeneck, de Alemania. Los reguladores de derivacion más conocidos son los de Lontin, Gramme, Mersanne, Canee y Gerard. Entre los diferenciales sobresalen el de Siemens, el de Weston y el de Tchikoleff. El regulador eléctrico de deri vacion Gramme es, entre todos, el que reune mejor las condiciones de fijeza en la luz y solidez, el más sufrido y menos expuesto á descomposiciones, perturbaciones y roturas. Es muy conocido en muchas capitales ae España, y hace muchos añ0s que funciona en las calles de Barcelona. Ante todo conviene conocer en qué con-siste el principio de la derivacion en las lámparas de arco. La fig. 300 dará una clara idea de esta ingeniosa disposicion de lámparas eléctricas. E, representa un electro-iman, esto es, un carrete de hilo metálico aislado que lleva en su interior una barra de hierro dulce cuyos extremos se ven sobresalir por las dos bases del carrete. A, es un trozo de hierro dulce, que será atraído por el electro-iman cuando pase la corriente por el hilo d~ éste. A, se llama.la paleta ó armadura móvil del electro-.iman; va fijada al extremo de una palanca que gira alrededor del eje o; el otro extremo de esta palanca impide, en su posiciori normal, el movimiento de la estrella e, ultimo órgano móvil de un aparato de relojería, que no está indicado en la figura.

573

R, es el resorte antagonista: por un extremo agarra la paleta A tirando de ella hácia arriba; por el otro extremo lleva un hilo que se arrolla á uri pequeño torno t que es á la vez torno y tornillo, cuya tuerca es D~ Se comprende que, dando vueltas al tornillo t en uno ú otro sentido, se le da más ó menos fuerza al resorte antagonista. P y N son las dos barritas de carbon entre cuyas puntas separadas se forma el arco voltáico. Se supone que el carfon infe~ior es fijo y que el superior desciende por su propio peso, _cuando gire la estrella e,· ésta girará cuando lo permita la palanca A o. La corriente viene del polo positivo de una dinamo por la línea, como indica la flecha. Al llegar al punto a, se divide la corriente en dos partes, porque se le presentan dos caminos: una parte, que llarnaremos corriente 11. I, récorre el hilo del electro-iman-E y llega al pnnto b, desde donde se vuelve por la línea de retorno al polo negativo de la dinamo, si no hay más qu~ una lámpara en el circuito, ó sigue á la lámpara siguiente, si hay varias; la otra parte de la corriente, que llamaremos número 2, va desde el punto a al carbon positivo P, y pasa al negativo N salvando el espacio que hay entre las puntas y constituye entre ellas el arco voltáico. Supongamos que la lámpara está funcionando en sus condiciones normales; que el resorte antagonista, venciendo á la atraccion del electro-iman, tiene la paleta levantada y apoyada contra un obstáculo, no representado en la figura, obstáculo que impide que la separacion entre A y el electro-iman pase de cierto límite; en esta situacion, el aparato de relojeria está quieto, y por lo tanto, el carbon P no desciende. Pero el desgaste de las puntas de los carbones hace aumentar la longitud del arco y con ~sto crece la resistencia del camino que seguia la corriente n.º 2. El flúido eléctrico que seguía este camino re-: fluye en parte por el hilo del electro-iman por donde marchaba la corriente n.º 1. Resulta de esto que la corriente n.º 1, ósea la del electro-iman, aumenta deintensidad, de donde se sigue un aumento de magnetismo en E y una mayor fuerza atractiva. Entonces el electro E, venciendo al resorte antagonista R, atrae la paleta A, queda libre la estrella e, em:0

574

FÍSICA INDUSTRIAL

pieza á girar, solicitada por el peso del carbon P, que es el motor, y este car bon desciende acercándose al carbon N. Con este movimiento disminuye la longitud del arco, ó sea, la distancia de los carbones, y vuelve todo á su primitivo estado normal de equilibrio, en que el electro-iman domina al resorte y detiene el movimiento de la estrella ,e. Pueden colocarse en un mismo circuito muchas de estas lámparas reguladoras, en série; esto es, de modo que la corriente que sale de una lámpara recorra sucesivamente las que le siguen. Cada lámpara consume un salto eléctrico ; pero todo el flúido que sale de una lámpara es el que las va recorriendo todas, á la manera de un canal que con un mismo caudal de agua alimenta sucesivamente varias turbinas. La cantidad de agua que sale de la primera turbina alimenta la segunda, sale de ésta y pasa á la tercera, etc. Para acercar los carbones á medida que se desgastan, pueden adoptarse dos medios: ó que el mecanismo motor, que es el aparato de relojería, haga marchará la vez ambos carbones hácia su encuentro, ó bien que uno de ellos sea fijo y el mecanismo haga marchar el otro. La primera solucion se adopta cuando se quiere que la luz, ó arco voltáico, ocupe siempre el mismo punto del espacio á pesar del desgaste de los carbones. Esta fijeza en la situacion del arco \7oltáico tiene algunas veces importancia grande, como sucede en los faros y en la aplicacion de la luz eléctrica al microscopio, á la proyeccion de las imágenes amplificadas, etc. Pero, en la generalidad de los casos, en el alumbrado, por ejemplo, dicha fijeza no tiene importancia; y como quiera que el seguirla exige alguna más complicacion, se prescinde de ello. Las lámparas ó reguladores foto-eléctricos ordinarios tienen por lo general fijo el carbon negativo, que se coloca abajo; el positivo baja al encuentro del primero, cuando el aparato de relojeria, gobernado por el electroiman E, lo permite. Regulador dinamo.

En la lámpara cuya figura 301 representa el principio, el agente regulador es un pequeño

motor eléctrico colocado en derivacion en el arco. Al estado de reposo, los dos carbones 1 están separados uno de otro; en el momento en que la lámpara está en comunicacion con los polos del caudal eléctrico, la corriente que atraviesa el motor pone á éste en movimiento y produce la aproximacion de los carbones; al llegar al contacto, la corriente cambia de direccion y pasa por los d'rbones; el motor se para y el peso de los carbones det'='.rmina su separacion:· el arco está entonces encebado. Al alargarse éste, el motor se pone nuevamente en marcha y aproxima los carbones. La armadura del motor puede rodearse con un cilindro de cobre en el cual el movimiento de rotacion desarrolla corrientes de Foucault, cu ya accion, equivalente á la de un freno electro-magnético, tiende á pausar la electricidad angular del árbol. Cuando las lámparas de arco están alimentadas con potencial constante, se .intercala generalmente una resistencia en el circuito de la lámpara, para que el funcionamiento sea más uniforme y exacto. Llamemos: E, la diferencia de potencial constante entre los dos polos del caudal eléctrico; z la diferencia de potencial que debe conserservarse entre las puntas de carbon; r la resistencia de los circuitos interiores de la lámpara; r' la resistencia que se añade al circuito. Con esto tendremos:

E = z+(r+r') i. Llamemos Á i la variacion de potencial necesaria para poner en movimiento el mecanismo regulador; como E es constante, se tendrá: Á

= - (r +r') Ll i;

es decir que, la variacion de intensidad, correspondiente á una variacion Á E de potencial, será inversamente pr~porcional á la suma de las resistencias (r r'). Sea, por ejemplo, una lámpara cuyo funcionamiento correspon~a á i 10 amperes; E= 40 volts; r = 0'5; Á E= 0'5 volts. Para r' o, se tiene - Ll i = r ampere. Parar'= 1'5, se tiene -Lli 0'25 amperes. En el primer caso la luz suministrada por

ALUMBRADO ELÉCTRICO

la lámpara variará por sacudidas; en el segundo caso las variaciones serán casi imperceptibles á la vista. Reguladores dijerenciales.-Estos reguladores, cuya fignra 302 representa el principio, son una combinacion de los dos sistemas anteriores. El porta-carbon superior a está fijo al extremo de una palanca c c., móvil al rededor del punto d, y cuyo otro extremó está fijo por una articulacion al barrote de hierro dulce S, que constituye el alma de !as dos bobinas, la una R, de grueso alambre y poca resistencia, y la otra T, de hilo fino de gran resistencia. La corriente que entra por L se divide entre las dos bobinas; la mayor parte pasa por R y alimenta el arco; la otra parte pasa por T en derivacion sobre el arco; las dos corrientes se juntan en b para pasar por L,, y de allí á la lámpara siguiente. La accion resu1ta·nte de los dos solenoides R y T en el alma, está representana por la fórmula:

f= M(Qi- Q, i ,) , representando por Qi y Q. t'. el número de amperes-vueltas-de las dos bobinas. Cuando los carbones se encuentran á su distancia normal, se debe tener /=o, es decir:

Q, =-¡

con

•

= -r.

E .

Si la corriente del ar~o aumenta, dominará R; si la diferencia de potencial aumenta, dominará T, y cambia el alma en uno ó en otro sentido hasta que E

-:-=--r. Q. t

Esta disposicion tiene, pues, por objeto mante_n~r constante la relacion :. ·, es decir, la resistencia del arco. Luego, será posible poner en série un número cualquiera de estas lámparas, sin que las variaciones de una cualquiera de ellas influya poco ni mucho en la marcha de las demás. Para que la extincion de una de las lámpa-ras no sea causa de la interrupcion del circuito, cada una de ellas ~stá provista de un

575 aparatG, llamado observador automático, que reduce el circuito de los dos bornes de la lámpara así que, por una causa cualquiera, se interrumpe el arco . Cuando este arco se interrumpe, la corriente atraviesa el solenoide S de hilo fino muy resistente; la palanca l es atrnida, y la corriente pasa directamente á L,. Lámpara-regulador Serrin.-La luz se produce en esta lámpara entre las dos puntas de dos barras de carbon colocadas en la misma línea v1rrtical, como se representa en la figura 303. El carbon superior se llama carbon pos_itt'vo porque comunica con el polo positivo de la pila ó de la máquina generatriz del flúido eléctrico. El inferior, ó carbon negatt'vo, comunica con el polo negativo. Un regulador foto-eléctrico debe cumplir co1~ estas tres condiciones: r. ª Cuando la corriente no circula por el aparato, debe hacer marchar los dos carbones el uno hacia 'el otro, hasta que las puntas se toquen. Esta condiciones necesaria, porque sin tocarse éstos es imposible que la corriente pueda circular por el-regulador, esto es, no podrá empezará pasar de un carbon al otro, estando roto el circuito entre ellos; 2.' En el momento en que empieza á circular la corriente y brilla la luz entre las puntas de los carbones, debe separarlos á la distancia conveniente para que se obtenga el máximo de luz que la corriente eléctrica de que se dispone pueda dar; 3 .8 Debe mantener-.esta distancia constante á pesar del desgaste de los carbones,,ó, lo que es lo mis• mo, debe aproximarlos á medida que se desgasütn y en la misma proporcion del desgaste. Si se quiere que el foco luminoso, ó sea el arco voltáico, ocupe siempre el mismo sitio del espacio, se necesita que el regulador llene una condicion más, una cuarta condicion, que es la siguiente: que cada carbon marche en la misnqa propordon que se desgasta. El carbon positivo deberá, pues, hacer un camino · doble del que en el mismo tiempo haga el carbon negativo, toda vez que sabemos que el desgaste del primero es próximamente doble del desgaste del segundo. Mas, si el regulador hubiese de estar alimentado por una máquina de corrientes alternativas, entonces los dos carbones deberán marchar el uno hacia el otro con iguales velocidades; porque en este caso

FÍSICA INDUSTRIAL

no hay cárbon positivo ni negativo: los dos están en igualdad de condiciones; el desgaste es igual en ambos. Los reguladores que sostienen siempre la luz en el mismo sitio del espacio tienen por solo este hecho una notable ventaja sobre los otros. Esta ventaja se convierte en una necesidad cuando se trata, como ya hemos dicho, de ciertas aplicaciones de la luz eléctrica, como la de los faros ó la de las proyecciones. La lámpara-regulador Serrín satisface á las cuatro condiciones arriba enumeradas, y es la primera lámpara con carácter industrial que se ha puesto en uso. Es un aparato que ha funcionac.'lo satisfactoriamente en los faros, en los buques, y en muchas fábricas y talleres. Su mecanismo, de cierta complicacion en la apariencia, no lo es en el fondo, y sobre todo no es de!icado, que es la primera condicion de todo aparato industrial que ha de estar en manos del público. Todo el mec.anismo va resguardado por una caja de metal que lo encierra. El porta-carbon positivo C ·va unido á la barra B por dos piezas horizontales que se ven en lo alto de la figura. Estas piezas que están articuladas, permiten mover el porta-carbon C en el plano de la figura y perpendicular mente á este plano; doble movimiento á favor del cual puede conseguirse colocar el carbon superior en la prolongacion misma del car bon negativo inferior K. La barra B, con todo lo que lleva encima , puede subir á mano y tiende á bajar por su propio peso, que es el motor; va guiada en sus movimientos ascendente y descendente por un tubo que la envuelve y que la tapa en la figura. La parte inferior de la barra B lleva una cremallera ó barra dentada; de manera que cuando baja por su propio peso, esta cremallera que engrana con la rueda T, mueve esta rueda, que es el primer órgano · del movimiento de relojería. Sobre el eje de esta rueda va montada una polea G en la cual se arrolla una cadenita Vaucanson. füta cad.ena se arrolla sobre otra polea J y se une por su extremo á una pier_a saUente implantada sólidamente en la parte inferior del porta-carbon K, cuya parte no se ve en la figura, porque la tapa un tubo que la envuelve, que es el M. Este tubo está hendido por la parte

inferior para permitir el movimiento de subida y bajada á la pieza saliente y con ella al portacarbon negativo K. De lo que acabamos de explicar, se deduce, que si subimos el porta-carbon positivo B á toda la altura que el aparato permite, y lo soltamos, descenderá por su propio peso; pero al descender hará rodar la rueda J y la polea G, y rodando ésta, la cadenita se arrollará sobre ella, y hará subir el porta-carbon neg::ttivo K; de modo que los carbones marchan al encuentro el uno del. otro, más no con la misma velocidad. El car bon positivo, que es el superior, baja con doble_velocidad que la que tiene al subir el carbon negativo, cosa que se com- · prende debe suceder por tener la rueda A un radio doble que la polea G. En todo cuanto hemos dicho hasta ahora, parece que el tubo que envuelve el portacarbon negativo y que es el que sustenta la polea J, es fiJo; m·as no es así. Todo este tubo puede tomar un corto movi¡niento en sentido vertical. Para ello va sostenido á los lados móviles de un doble paralelógramo articulado R, S, T, U, que tiene fijos los puntos ó vértices R y T. Su propio peso le induce naturalmente á bajar; mas un resorte R, cuya fuerza se puede graduará mano por medio del tornillo b, que sale fuera de la caja del mecanismo, le induce á subir con una fuerza que dependerá ·de nuestra voluntad, porque de ésta depende la tension del resorte. En la parte inferior del aparato habrá tambien otra fuerza que tenderá á hacer bajar el paralelógramo, y con él el carbon negativo. Esta fuerza es un electro-iman ·E por donde circulará la corriente que alimenta el regulador. Este electro-iman atrae hacia abajo á su armaduraA, la cual va unida alparalelógra mo. Resulta, pues, que el carbon negativo, independientemente de la acci9n que sobre él ejerce el peso motor det otro, está sometido á tres fuerzas: dos que tienden á hacerlo bajar, que son ~l peso del paralelógram o y el electro-iman, y una que tiende á hacerlo subir, que es el resorte. Estas fuerzas deben equilibrarse cuando, funcionando el aparato, el arco voltáico tiene el largo que conviene á la corriente de que se dispone. Todavía falta describir un órgano importante, que es el destinado á parar automática-

ALUMBRADO ELÉCTRICO

mente, cuando convenga, el movimiento de relojeria, ó sea, el movimiento de avance de los carbones el upo hacia el otro. Este efecto se produce por medio de dos. piezas; la una pertenece al aparato de relojería y es un volante estrellado, una estrella que se mueve cuando se mueve la relojéría; la otra es una pieza saliente eo. forma de escuadra que va unida al tubo que está sostenido por el paralelógramó. Veamos el efecto de estas dos piezas. Para ello, supongamos en marcha la lámpara. La corriente penetrará en el aparato por el tornillo-prensa positivo, y marchará al carbon positivo: de allí va al negativo pasando por las puntas y formando el arco voltáico; del cafbon negativo pasa al electro-iman y al salir de éste, va al tornillo-_prensa negativo. Los _carbones se desgastan; la distancia entre las puntas aumenta; la resistencia del circuito se acrece por este hecho; la intensidad de la corriente ~léctrica disminuye pór haberse aumentado la resistencia del circuito; el electroiman atraerá á su armadura A con menÓs fuerza; el resorte R predominará entonces y hará subir un poquito al paralelógramo; entonces la pieza de escuadra,_que impide el movimiento del volante estrellado y por ende el movimiento del aparato de relojería, deja libre á este aparato, el cual principia á funcionar; los carbones se acercan, el arco voltáico se acor~ ta; la resistencia del circuito disminuye; la intensidad de la corriente aumenta; el electroiman atrae cem más fuerza la armadura A; ésta baja ·y arrastra consigo al paralelógramo; baja la pieza de armadura y su extremo para otra vez el volante estrellado y el movimiento de relojería. Antes de empezará funcionar la lámpara, cuando no pasa por ella la corriente, los dos carbones estarán tocándose por sus puntas; pero en el momento én que se establezcan las comunicaciones eléctricas, la corriente pasará por el electro-imán, y pasará con mucha intensidad, porque el arco voltáico es nulo ó poco menos·. Esta corriente intensa provoca una fuerte atraccion de la armadura A; el paralelógramo bajará, y con él -el carbon negativo; el arco voltáico se formará y los carbones no podrán acercarse, porque cuando el paralelógramo está bajo, la pieza de escuadra detiene la marcha del aparato de FÍSICA,- lND

577 relojería., y por tanto, - el movimiento de aproximacion de los carb.ones. , ~orno la corriente que se emplea en estas lámparas puede ser muy intensa y podria qu~marse la cubierta de seda del 'hilo del electro-iman. Serr_in ha suprimido esta cubierta ó revestimiento aislando el hilo con _un esmalte vítreo, difícil de fundirse. Este esmalte aisla el hilo del hierro dulce y aisla tambien las vueltas unas de otras. Serrín construye varios modelos, todos idénticos en: principio, pero proporcionados á las intensidades de las corrientes. Los más grandes pueden llevar cárbones de seccion considerada de i 5 milímetros de lado. Cuando se quiere que el aparato de relojería no marche, no hay más que empujar hácia abajo el tubo M é 1.mpedirle que suba, lo que se consigue metiendo un diente m que lleva el tubo M en una pieza fija á la caja del aparato. Se comprende que si_ el tubo M está bajo, tambien lo estará el paralelógramo que á él va unido, y tambien lo estará la pieza de . escuadra, y por lo tanto, ésta no dejará marchar el volante estrellado. Lámpara-regulador Dubosq. - En su aspecto exterior, esta lámpara se parece á la ya explicada de Serrín. Como en aquella, todo el mecanismo va encerrado en una caja metálica, d<': la cual salen y están al alcance ele la mano los órganos siguientes: 1. º Los cfos tornillos prensas para colocar los dos hilos del generador eléctrico que conduce la corriente á la lámpara. 2. º · El tornillo destinado á graduar la fuerza del resorte antagonista de la armadura del electro-iman. 3 .º Los árboles de dos a para tos de reloj ería, uno de los cuales obra sobre el carbon positivo y otro sobre el negativo: uno para acercarlos y el otro para separarlos. 4. Una palanquita destinada á parar ó á dejar correr los aparatos de relojería. De la parte alta de la caja que envuelve y .encierra todo el mecanismo, salen la cremallera que lleva el porta-carbon 1tegativo yotra que lleva el porta-carbon positivo. Como se ve claramente en la fig. 304, que representa la lámpara Dubosq, la cremallera del porta-carbon superior va encerrada den0

r. u. - 73

FÍSICA INDUSTRIAL

tro de un tubo fijo que la resguarda y la sirve · de guía. Los porta-carbones propiamente dichos, pueden recibir los dos movimientos perpendiculares que son necesarios para poner ambas barras de modo que la una.se encuentre en la prolongacion de la otra. , Las dos cremalleras que aproximan ó separan los carbones, engranan como se ve en la figura, con dos ruedas montadas sobre el mismo eje, pero el radio de la una es doble del de la otra. Esta doble rueda~ al girar en un sentido separa los carbones, y al girar en el ..opuesto los acerca. Los dos aparatos de relojería están de tal modo combinados, que pueden obrar separadamente sobre dicha doble rueda, ei uno para hacerla girar en un sentido y aproximar los carbones y el otro · para separarlos. Cuando la corriente pasa por el aparato ·y éste está bien arreglado, no funcionan ni el uno ni el otro aparato de relojería, porque lo impide un áncora. Esta áncora va montada sobre el extremo superior de una palanca T, relacionada ésta mecánicamente con la armadura F del electro-iman E. La posicion del áncora depende, pues, de la posicion de la armadura: cuando la corriente s~ debilita por causa del desgaste de los carbones, el resorte antagonista R levanta la armadura; el~áncora se separa de la posicion que tenia y queda libre y marchando el aparato de relojería, el cual aproxima los carbones. Por consecuencia de esta aproximacion, la corriente recobra su intensidad primitiv·a, atrae la armadura, y el movimiento de ésta vuelve á colocar el áncora en la posicionen que impide el movimiento del aparato de relojería. El áncora puede, en una posicion extrema, parar uno de los mecanismos, ó el otro, ó ambos á la vez. Para ello, puede obrar sobre el volante de aletas o, cuando el áncora se inclina á la derecha; sobre el volante de aletas o' que pertenece al otro aparato de relojería, cµando el ánccora se inclina á la izquierda. Las dos posiciones extremas del áncora corresponden á las dos po•siciones extr~mas de la armadura del electto-iman. Cuando el aparato está bien arreglado y funcionando, y el arco voltáico es todo lo

largo que debe ser, la armadura debe ocupar su posicion media; lo cual se consigue por medio del resorte antagonista R que tiende á subir la armadura F. La armaclura tiende á bajar por la traccion del electro-iman E y tiende á subir por la accion del resorte; pues grnduemos la fuerza de ·este de tal modo que ambas fuerzas se equilibren cuando la armadura ocupe su posicion media; cosa que parece casi imposible de c9nseguir, pero que se logra por razon del mecanismo que liga el resorte con la armadura, mecanismo que ofrece al resorte un brazo de palanca variable segun la posicion de la armadura, y tanto mayor cuanto mayor es la fuerza del electro-iman. Si en el esta~o supuesto en el párrafo anterior, sobreviene una disminucion en la intensidad de la corrii;mte por consecuencia del desgaste de los carbones, la armadura sube, el áncora suelta el mecanismo de aproximacion y los carbones se aproximan. Si la aproximacion es suficiente, la armadura baja al sitio normal, y el áncora vuelve á parar el mecanismo de aproximacion. Si ésta fuese excesiva, la corriente seria demasiado intensa, la armadura bajaria á la posicion extrema, y el áncora entonces suelta el mecanismo de desviacion de los carbones, y estos se separan hasta colocarse á la debida distancia. Tal es el regulador de Dubosq; complicado como ninguno, pero prodigioso como mecanismo. Circunstancias son estas que se oponen, en cierto modo, á que se vulgarice como lámpara industrial, pero que no s_o n obstáculos para que preste grandes . servicios en manos de los físícos ó de personas que lo pueden comprender y que lo sepan manejar y tuidar. En este regulador se pueden mover á mano los carbones para fijar á la altura que se quiera la posicion del arco voltáico, ó sea el foco de luz, maniobra que se hace antes que la corriente circule. Como se ve, el regulador Dubosq satisface tam bien á la condicion cuarta; esto es, sostiene el foco luminoso en el mismo punto del espacio; cosa, como hemos dicho, indispensable para los faros y para las proyecciones. Tam bien se pueden hacer subir y bajar ambos carbones juntamente sin cambiar su dis·tancia entre las puntas, conveniente para centrar bien el foco luminoso.

• ALUMBRADO ELÉCTRICO

Los reguladores que acabamos de describir son tan buenos como los mejores y están-más generalizados que todos los otros en Francia y en Españ_a. . Regulador Fouc11;,ult.-La fig. 305 representa un nuevo regulador imaginado por Foucault, que corrige la!'¡ más insignificantes variaciones de distancia de los carbones, sea cual fuere el sentido en ·que tengan lugar. El carbon positivo está soportado por una espiga ó porta-car bon t t', provisto de una cremallera vertical C con la cual engrana la rueda dentada R (flg. 307, rebatida sobre el plano horizontal). El carbon negativo lo lleva la cremallera p (fig. 305), situada dentro del tubo soporte T. Esta cremallera se ve en T (figura 307), y es la que hace mover la rueda R', ligada invariablemente á la rueda R, y con doble número de dien,tes que ésta. Se.gun sea el sentido de la rotacion del sistema R R', los carbones se aproximan ó se separan. Este sentido depende de la accion del electroiman E (fig. 305), en el cual el contacto K lleva en la parte superior una palanca l (L en la fig. 306), y tambien una pieza A por medio de la cual puede hacer parar dos pequeños volantes V, V ' , reunidos á las ruedas v, v' (fig. 307) que tienden á girar en sentido contrario. Cuando los dos volantes están parados, los carbones permanecen :fijos; cuando uno de ellos está parado, el otro gi:ra. Cuando la corriente se debilita, el volante V es el que está libre, y los carbones se aproximan; lo contrario se verifica cuando aumentando la corriente en intensidad, el volante V' está libre á su vez. U na palanca de resistencia variable, debida á Houdin, da una extraordinaria sensibilidad al aparato, graduando los movimientos del contacto K (fig. 305). Es.t e contacto no toca nunca al electro-iman y está separado de él por un resorte r (fig. 306) que acciona sobre el brazo B o por medío de una pieza de superficie convexa H, articulada en c. Esta pieza ejerce presion en este brazo en un punto variable, tanto más distante del punto de apeyo o, cuanto, por encontrarse el brazo más alto, el electro-iman sobre K está á menor distancia; de modo que la resistencia á su accion aumenta con la intensidad de esta misma accion, lo cual modera la amplitud de las oscilaciones del contacto y de la palanca L.

579

Pasemos ahora á dará conocer el mecanis.: mo por el cual los volantes V, V' (fig. 306) tienden á girar en sentido contrario. Los dos tambores de resorte B, B' (fig. 307) que giran en sentido opuesto, comunican entre sí por un si~tema dP. rueda¡; dentadas, entre las cuales se distingue la rueda s llamada rueda de satélite. El resorte de B' es más fuerte que el de B. Las ruedas v, v' comunican con los volantes V, -V' (fig. 306) y se paran al mismo tiempo que éstos. Supongamos parada la rueda v' y libre la rueda v; el tambor B' se mantendrá en reposo, obligado por la rueda v' y el piñon p; el tambor B se pone en movimiento, arrastrando, por medio de las ruedas i, la 1·ueda satélite s. El plato de esta rueda está atravesado por un árbol giratorio prnvisto de un piñon e' y una rueda r' cuyos dientes engranan con la rueda e y el piñon r. Estos últimos están fijos, juntamente con las ruedas t y u, en unos tubos que giran al rededor del árbol de la ruedas é independientemente de este árbol. Si la rueda u, que engrana con los dientes del tambor B', se mantiene en reposo, el sistema e' r', tral}sportado al rededor del árbol de s, hace girar la rueda t, y por consiguiente el volante de la rueda v. Al propio tiempo, el movimiento des se comunica al sistema R R', y se aproximan los carbones. Supongamos ahora que v esté parada y v' libre. El tambor B' gira arnrstrando la rueda u; y, encontrándose parado el piñon e' por la rueda e, el sistema e' r' se mueve haciendo girar la rueda satélite s, la cual trasmite su movimiento al sistema R R', haciendo subir el resorte de B y se separan los carbones. Regulador Gramme. - Varios son los tipos que se construyen de esta lámpara, pero el más usado es el que representa la :fig. 308. Todo el mecanismo está arriba; sus órganos toman su apoyo en una sólida armazon; mecanismo y armazon van en vueltos por una caja cilíndrica de laten que l0s oculta á la vista y los resguarda. La caja ceje la mitad de la altura del aparato. Por bajo de la caja _ asoman dos varillas metálicas E, E, y en me. d~o de ellas y paralelamente se ven los dos carbones, el positivo arriba, y el negativo • . abajo. En la parte superior de la caja , y fuera de ella, se ven los dos tornillos-prensadores ó

FÍSICA INDUSTRIAL 580 bornes, por donde la corriente general del y es preciso, para que la corriente se esta blezca, que los carbones se toquen. Cuando circuito ha de entrar y salir en fa lámpara. Cuando un reguJador no funciona, los car- ya la corriente está establecida, cuando_las bones deben estar tocándose. En el regulador puntas de los carbones se ban _cale.ntado, enGramme, el carbon móvil ~s el superior, que tonces pueden separarse éstos sin que la cores el positivo; el inferior ó negativo es fijo. riente cese. Estudiemos ahora el mecanismo motor y Supongamos que se envia la corriente al circuito. Esta pasa por los carbones puesto que el electro-iman de la derivacion, ó sea el rese tocan; pero es preciso que enseguida se se- guladGr. · En el centro del aparato y bácia la parte pare el carbon positivo hasta la distancia normal de 2' 5 milímetros, que es la longitud que alta, se ve un tubo dentado D, de laton, que debe tener el arco volüíico normal. Este mo- hace oficios de cremallera. El peso de este vimiento de bajada ó de retirada del carbon tubo D es el motor del mecanismo. El tubo D positivo lo efectúa un electro-iman especial lleva en su parte inférior el porta-car bon F del A A colocado en lo alto de la caja. C es la carbon positivo. Este tubo descendería conspaleta ó armadura de dicho el~ctro-iman; va tantemente por su propio peso á no estar ~ninvariablemen te ligada á las dos varillas E, E, granado siempte con el primer móvil de una que están suspendidas ó sostenidas por dos séri-e de ruedas dentadas, todas en relacion gruesos resortes R, R; estos resortes hacen entré sí. El último móvil de estas ruedas es algo-más que sostenerlas; las están solicitando una estrella de cinco ó seis paletas. Una pieconstantemen te á subir. Los resortes R, R, za S, que es_el escape, está ordinariamen te están fijos por un extremo á la armazon ge- im piiiendo la rotacion de la estrella, y por neral; el otro extremo, el inferior, es el que ende la de todas las ruedas y e! movimiento sostiene las varillas E, E. Estas varillas llevan del tubo D y el del carbon positivo. El electro-iman B ó sea el de la derivacion, en la parte inferior el porta-carbon negativo P; de modo que la paleta C, Las dos varillas es el que gobierna el escape S, por cuyo ¡neE, E, y el porta-carbon G forman un rectán- dio deja libre cuando conviene el movimiento gulo rígido, suspendido á dos resortes, que descencional del carbon positivo. Veamos ahora el gobierno del electro-iman no sólo lo sostienen, sino que lo solicitan á el escape S. Fijada al armazon genesobre B positielcarbon subir, hasta que, tropezando vo con el negativo, no puede subir. Esta es la ral del aparato, sobre un soporte K va una situacion de las cosas cuando no hay corrien- báscula L que puede oscilar alrededor del te: La paleta C está separada del electro -iman eje V. · Esta báscula lleva en un extremo un A A. El hilo de este electro es corto y grueso pedazo de hierro dulce I que sirve de paleta y está en el circuito general , de modo que ó de armadura al electro-iman B; en el otro toda la corriente lo atraviesa. Cuando llega la extremo lleva el escape S. Norm.almente la corriente, el electro-iman se hace activo, armadura I está separada del electro-iman, atrae con fuerza la armadura, vence los re- porque obedece á la accion de un resorte ansortes R, R, baja todo el rectángulo, y baja tagonista U, el cual, en la marcha normal, el carbon negativo que está fijo á él: el arco tiene más fuerza que el electro B. Pero suvoltáico se forma entre las puntas de los car- pongamos que .por consecuencia del desg~ste de los carbones, el arco voltáico se agranda, bones. corriente, y ofrece más resistencia al paso de la corla cesara causa cualquier por Si el electro A A perdería su virtud magnética: riente principal; en este caso, una pequeña los resortes R R harán subir el rectángulo, y parte de ésta se va por la derivacion que le por lo tanto, el porta-carbon negativo basta ofrece B y éste electro-iman acrece su fuerza, tocar al positivo . La lámpara quedaría siem- vence al resorte U, atrae la armadura I, lepre en esta situacion de espera á la corriente. vanta el escape S, queda libre el mecanismo Sabido es que si una lámpara tiene sus carbo- motor y el carbon desciende. Por el hecho nes separados, al enviarle la corriente, ésta mismo del descenso se provoca la vuelta al no puede estaplecerse; el circuito está roto, anterior estado; el exceso de jlúido que deri-

58t da álgo. Inmediatamente gana en flúido el hilo B, como antes hemos visto; B vence al resorte U, baja la paleta I, sube el extremo de la báscula que lleva el tornillo M; éste se ha separado del resorte N, y esta separacion rompe el circuito de derivacion, esto es, elcircuito de B. Luego) B se desmagnetiza en el acto, el resorte U vuelve la báscula á su posicion normal y el escape S detiene el mecanismo. El carbon positivo ha descendido una insigficante fraccion de milímetro. Vuelve á reproducirse el fenómeno anterior y vuelve á bajar el c~rbon positivo otra insignifica_nte fraccion de milímetro. Esto explica la suavidad, la :casi continuidad con que funciona este regulador, su sensibilidad y la fijeza de la luz. Solo nos resta, para concluir esta minuciosa descripcion, que ·digamos algo de la marcha de la corriente derivada que recorre el electro-iman B. Ya hemos dicho que la coriente generaLdel circuito llega por el borne positivo al macizo general del aparato, pero no á las varillas E, E. Por éstas pasa la corriente que ya ha recorrido el arco voltáico. La cremallera D, y por lo tanto, ·el carbon positivo, toma la corriente del macizo (armazon y mecanismo). La báscula K comunica con el mecanismo y de él toma, pues, la pequeña parte de corriente para la derivacion. Esta corriente derivada de la báscula pasa al tornillo M, de aquí al resorte N, del resorte N al hilo de B, sale de B y por P entra en las varillas E, E, y con esto ya ha vuelto á entrar en el cauce general. Ve.mos, pues, que la pequeña corriente derivada no hace más que dar un rodeo para no pasar por el arco. Regulador Canee. - La fig. 309 representa la figura teórica de este regulador, y la figura 310, la vista de conjunto. La marcha de los carbones se gradua con un tornillo que, moviéndole en un sentido ó en otro, determina su separacion ó su aproximacion. _La solidaridad entre ios dos portacarbones y la diferencia de movimiento que debe existir entre ellos, se optiene por un juego de poleas relacionadas por una cuerda de transmision. El tornillo central A A' (figura 309) se encuentra retenido entre las dos platinas M M' , N N" d~l regulador, p~ro puede

ALUMBRADO ELÉCTRICO

vaba por B vuelve á pasar por el circuito principal; B pierde el aumento de fuerzas; el resorte U lo ~ence y retira I; baja el escápe S y éste impide el movimiento de la estrella y á todo el mecanismo, el cual se para. Marcha de la corriente.-La corriente total I del circuito llega al borne positivo; éste comunica con la armazon general del aparato; por esta armazon llega e~ carbon positivo; de éste pasa al negativo, sube por la varilla E de la derecha, entra en el hilo del electroim~n A, sale de éste por el borne negativo, para continuar su camino por la línea á las otras lámparas. U na parte de la corriente total deriva por el hilo del electro-iman B, como luego explicaremos. Entremos ahora en un detalle, cuya importancia se siente mejor que se esplique por toda persona que conozca y haya visto funcionar muchos reguladores. Este detalle es invencion de Gramme. Su regulador podria funcionar sin él, como acabamos de explicar; pero con él adquiere la luz una fijeza notable y el aparato gana en sensibilidad y precision. Todos los reguladores acercan los carbones cuando el arco excede algo á la longitud normal, y al acercarlos lo hacen en cantidad algo mayor, aunque poco, de lo que á la longitud normal corresponde. _La longitud del arco oscila, pues, entre ciertos límites que dependen de la sensibilidad del aparato y de la exactitud de su construccion. Estos cambios de longitud del arco, aunque pequeños, se traducen por cambios en la intensidad luminosa, cambios que constituían uno de los cargos que contra la luz eléctrica se formulaban. A remediar este defecto se dirige el detalle que vamos á explicar, y hay de convenir en que lo ha remediado completamente. La báscula L lleva en el extremo de la derecha un tornillo M, el cual apoya su punta sobre un resorte N. El hilo del electro-iman B, por un extremo comunica-en P con la varilla E, como se ve en la figura, y por el otro extremo con el resorte N. Este resorte, que se apoya sobre la plataforma misma de !la báscula L, está aislado de ella por un pedazo de cauchú que hay entre ambos. Supongamos ahora que, por consecuencia del desgaste de los carbones, el arco se agran-

FÍSICA INDUSTRIAL

girar libtemente alrededor de su eje, en am- das interiormente y sólo llevan tres clavijas que penetran en el paso del tornillo. bos sentidos. Una vez colocados los carbones, la tuerca C La tuerca C soporta el porta-carbon positivo con la intervencion de dos varillas e e' baja por su prqpio ¡Seso á lo largo del tornillo que atraviesan la platina MM', que les sirve haciéndole girar de derecha á izquierda, hasta de guia é impide que la tuerca C pueda girar. que la punta del carbon positivo apoya ó toca 'El porta-carbon negativo está sostenido, en á la del carbon negativo, en cuyo instante se análogas condiciones, por las varillas F F', para, permaneciend o en este estado hasta el que en su parte inferior llevan unas polei- nuevo paso de la co_rriente. Cuando, penetrando la corriente en el retas / /', por cuyas gargantas pasan cuerdas fijas en los puntos n n ' de la platina N N'. gulador por el borne positivo, marcha en senDes pues de haber pasado por la polea/ f', tido de las flechas, las almas g g son atraídas, ca~a una de estas cuerdas apoya en las pose introducen en la cavidad de los electro-imaleas n n' y se anudan en e e' de la tuerca C. nes y Jevantan la placa H H' que, apoyando Como las poleas n n' tienen doble diámetro en la tuerca B, la hace subir. El tornillo gira que las poleas f f ' , se comprende que, á cual- entonces de izquierda á derecha y, con este quier movimiento vertical de la tuerca C, y, movimiento, arrastra la tuerca C1 el portapor consiguiente, del porta-carbon positivo, carboñ positivo sube, el porta-carbon negacorresponderá un movimiento menor de la tivo baja, y se forma el arco entre los· dos mitad, y de sentido inverso, del porta-car- carbones. A medida que se gastan las puntas de carbon negativo, que es el objeto que se propuso el arco se alarga, aumenta su resistencia bon, el inventor. Pasemos á considerar ahora el modo de ob- eléctrica, la corriente que atraviesa el electrotener este cambió ó movimiento vertical de iman se debilita, cesando_ paulatinamen te la · a trace.ion de las piezas g g, que obedecen más la tuerca C, en ambos sentidos. Los electro-imane s E E' están atravesados fácilmente á la accion de los muelles antagopor el circuito general; reciben la ·corriente nistas R; la placa H H' sigue este movimiende la máquina que, entrando por el borne to, así corno tambien la tuerca B; el tornipositivo, va · del carbon positivo al nega,tivo, llo A A' gira de derecha á izquierda bajo el atraviesa los dos electro-imane s y sale por el peso 1 de la tuerca C y se aproximan uno á otro los carbones. Como este doble moviborne negativo. se repite á cada fluctuacion de la cormiento La forma de estos electro-imane s es muy particular. Las almas están cortadas en dos: riente, se obtiene una especie de equilibrio la parte superior e está fija y formaq.a por un vibratorio que da estabilidad al foco. Los cartubo de hierro dulce; la parte inferior g g es bones están cubiertos con un globo diáfano móvil, consistente en un cilindro lleno, igual- que contribuye á dará la luz las cualidades ca- _ mente de hierro dulce, terminado por arriba racterísticas que le conocemos; esta disposien una espiga de laton b; un muelle antago- cion está representada en la fig. 310. Los reguladores Canee se montan geneqlnista R, movido por una tuerca de reglage, -impide la aproximacion de las dos piezas del mente en derivacion, con lo cual se obtiene alma, aproximacion que solo tiene lugar cuan- su indepen~encia . Revestidos con el globo, do la corriente atraviesa el electro-iman. En dan una intensidad luminosa de 40 á 45 careste instante, las piezas b levantan la pla- cels; la duracion de los carbones es de ocho ca H H ' , móvil al rpdedor del tornillo A A' y á nueve horas. Regulador Gimé.-Tamb ien en este reguapoyan en la tuerca B, cuya carrera hácia · lador (fig. 311) hay un tornillo que hace bajar abajo está limitada por una rodela . De esta suerte, la caída de la tuerca C hace el carbon positivo. Este tornillo está adaptado girar de derecha á izquierda el tornillo A A'; al porta-carbon, atraviesa ·el interior de un la subida de la tuerca B le imprime un movi- solenoide ligado al circuito y termina en el miento de izquierda á derecha. Para evitar tubo superior de la lámpara por un piston K -los roces, las tuercas By C no están taladra- que suaviza los movimientos. El tubo de

ALUMBRADO ELÉCTRICO

hierro N que forma el alma,· así como tambien la· armadura del solenoide, lleva unas piezas polares qu·e resbalan á lo largo de las varillas que soport n los resortes de reglage r r'. La tuerca de hierro v v' se mueve á lo largo del tornillo G; cuando el alma del solenoide está imantada, esta tuerca se aplica á ella y forma contra-tuerca, resultando de esto que si, el alma N se introduce en el solenoide, arrastra consigo al carbon positivo; si, por lo contrario, cesa la imantacion de la armadura, la tuerca v v' se suelta, resbala por su propio peso á lo largo del tornillo G y permite que el porta-carbon baje. El funcionamiento es casi idéntico al del regulador Canee. , Con el mismo mecanismo combina tambien Gimé un regulador diferencial. Regulador Brush.-Este sistema está muy generalizado en Inglaterra y, particularmente en América. La sociedad B_rush construye varios tipos de lámparas: las unas con un solo par de carbones, las otras con dos pares que se encienden sucesivamente y producen un alumbrado continuo durante _diez y sets horas consecutivas.· Este último tipo es el que representa la fig.312. Los porta-carbones negativos están fijos, los positivos deben su movimiento á unos solenoides diferenciales y están provistos de depósitos llenos de glicerina ·para suavizar sus 1 movimientos. El solenoide está formado por dos enrollados de sentido contrario, formado el uno con hilo grueso y el otro con hilo fino. Bajo la accion diferencial de estos conductores atravesados por la corriente, se introduce más ó menos un alma de hierro dulce en el _interior del solenoide. A esta espiga de hierro dulce está ligada una pieza metálica que acciona como cuña en los porta-carbones positivos, con ·10 cual les hace subh- ó bajar segun penetre más ó menos el alma en el solenoide. Cada uno de los pares de éarbones está provisto de un mecanismo , semejante. La parte superior de las espig1Ís porta-carbon forma un cilindro hueco lleno de glicerina. En este cilindro está situado un pistan provisto de agujeros, con lo cual el movimiento de subida queda limitado por la cantidad de glicerina que pasa á través de los agujeros; así se ob-

tiene un sistema de regulacion muy suave. Regulador de Mersanne.-Estas lámparas hace mucho tiempo que funcionan en la plaza del Carrousel, de París. Su mecanismo es bastante complicado, y su forma difiere notablemente de la de los reguladores anteriormente descritos. · Los carqories son horizontales y los portacarbon en donde se mueven les retienen muy cerca de su punto de incandescencia, cuya disposicion permite colocar en las lámparas carbones muy largos que avanzan gradualmente sin que la resistencia del circuito se aumente apenas, puesto que la corriente sólo atraviesa las partes de carbon compréndÍdas entre las dos piezas. Dos electro-imanes montados en derivacion motiv.an, el uno el ~ovimiento de aproximacion de los carbones, y el otro el movimiento de retroceso . El conjunto se completa con un mecanismo de relojería que se monta diariamente y que obedece á uno de los electro-imanes. El aparato se coloca en el centro de un reflector horizontal. Regulador Gerard.-Es notable este regulador por la ingeniosa disposicion de sü freno. Se construyen dos modelos de lámparas, diferencial )a una y en derivacion. la otra ; en ambos instrumentos el mecanismo es· el mismo; la accion eléctrica es lo único que cambia. Suspendidas á u,nos resortes cilíndricos las armaduras de los dos electro-imanes, se mueven libremente en el interior de las bobinas (fig. 3r3) . Su parte inferior apoya en un freno articulado. Este órgano comprende dos travé'seros en forma de X, unidos por arriba por · una pieza horizontal y apoyados por abajo en una platina; llevan unos tornillitos que comprimen el porta-carbon superior. Cuando la . X se cierra acciona el freno; cuando se abre, el porta-carbon queda libre, y' para qae su bajada no se haga bruscamente, lleva un piston introducido en el tubo central de la lámpara. Este tubo v iene á constituir como una especie de bomba de aire en la cual se enrarece éste por la bajada del pistan . El funcionamiento eléctrico es fácil de comp_render si se conoce bien el del regulador Canee, por ser ambos muy semejantes. Regulador dt'namo Breguet .-Este regulador consi.,te en una máquina Gramme, reducida á su más mínima expresion y situada en

FÍSICA INDUSTRIAL

la caja que sopo·rta los carbones. El carbon dos resortes verticales situados · en erinterior negativo está fijo, el positivo es el único que y terminados por dos zapatas que accionan obedece al movimiento de la máquina. El sobre el carbon móvil y le hacen subir. Cuan.:porta-carb:::m positivo lleva una cremallera do, por el desgaste de los carbones, la intencon la que engrana un piñon ql!e forma cuer- sidad disminuye, el segundo electro-iman H, po con el anillo de la dinamo y que, por su montado en derivacion, recibe una corriente peso tiende á hacerla girar, y así el porta-car- más intensa y adquiere una potencia capaz de bon baja. La accion de la corriente tiende, atraer una armadura, dispuesta de tal modo por lo contrario, á hacer girar el anillo en sen- que vibra como la de los timbres. A cada vitido inverso y por consiguiente á hacer subir bracidn, el martillo con que termina esta armadura golpea la palanca de los dos resortes, el carbon positívo. El porta-carbon arrastra al anillo y los dos los cuales se alargan durante un instante y carbones se ponen en contacto. Cuando pasa abandonan el carbon, con cuyo movimiento la corriente, el carbon positivo sube, se pro- éste baja un poco. Al cabo de suficiente número de oscilacioduce el arco, la intensidad de la corriente disminuye, se debilita la energía de la dinamo nes, el carbon vuelve á ocupar su corresponque•tiende á hacer.subir el carbon positivo, y diente sitio, la corriente derivada que atravieeste equilibrio, incesantemen te interrumpido, sa el electro-iman H baja á su valor normal, resultando que este electro-iman pierde la se restablece instantáneame nte. d~ atraccion sobre la armadura vibranfuerza ia y La fig. 314 representa este regulador fig. 315 una lámpara montada con este regu- _ te; luego, el carbon permanece inmóvil, rete, nido por las zapatas de los dos resortes. lador, que· produce un foco de 70 carcels. está regulador Este Thury. Regulador emplean se Los carbones que generalmente tienen de . 10 á 12 milímetros; se consumen igualmente provisto de una pequeña dinamo. siete centímetros por hora. Los reguladores Su mec;anismo es muy sencillo y se le puede dinamo, que cuestan 200 francos se constru- describir en muy pocas palabras: el eje del inyen habitualmente para que funcion.en de siete ducido lleva un piñon que engrana con una á ocho horas; sin embargo, los hay tambien rueda dentada; el eje de esta rueda soporta dos que duran mucho mayor tiempo, y que llevan piñones iguales que dan movimiento á unas - varios pares de carbones colocados paralela- cremalleras adaptadas á los dos porta-carbon; situadas éstas á ainbos lados del eje, cuando mente unos á otros. Montados en derivacion estos carbones, se la una sube, la otra baja, y como los dos pigastan con la mayor regularidad, por pasar ñones son iguales, el movimiento de subida sucesivament e el arco de uno á otro así que el del carbon negativo será igual al movimiento desgaste determina mayor resistencia en el de bajada del carbon positivo, lo cual dificulpar· que funciona que en los que permanecen · taria la fijeza del arco si no se empleasen car. bones de distinto diámetro. Podría obtenerse inactivos. Regulador Letang.-Este regulador (figura el mismo resultado calculando los radios de 316) estudiado especialmente para .montarle . los dos piñones. El motor, a_rrollado en serie, está colocado en tension, tiene una construccion por demás sencilla y muy buen funcionamien to. Da inen derivacion en el circuito principal, de suertensidades comprendidas entre 30 y 250 car- te que, en el momento en que la lámpara recibe el primer flujo de corriente, toda ella cels. Ef carbon inferior es fijo, el otro acciona li- atraviesa el motor, se separan los carbones en bremente en el interior de un tubo vertical D, virtud del peso preponderaq.te del porta-carfijo al extr,errío de una armadura cuya otra bon negativo que, al bajar, arrastra consigo punta es atraída por un electro-iman I que todo el sistema. Debido al efecto de esta coratraviesa la corriente principal. Cuando la in- riente, las cremalleras se animan eon un motensidad es muy enérgica, esta armadura es _ vimiento en sentido inverso, los carbones se atraída y hace subir el tubo D. El extremo có- aproximan, se tocan y, pasando la corriente _ icno de este tubo ejerce presíon entonces en por sus puntas; la ft:~_erza electro-motriz de la

ALUMBRADO ELEC'l'RICO

máquina disminuye; el peso de los carbones domina entonces, se separan, se forma el arco y se establece el equi-librio, debido á las fluctuaciones ocasionadas por la aproximacion y separacion contínuas de los _carbones. . Regulador Thomson-Houston.-De los dos electro-imanes E, E'-(fig. 317), el primero es de hilo grueso y está_unido al circuito principal; el segundo es .de hilo fino y está mantado en derivacion. Las almas terminan en piezas paraboloidales, frente de las cuales se encuentra la armadura a a', que gira al rededar de un eje central, provista de un apéndice perpendicular L articulado á un cilindro de aire que amortigua los movimientos. La palanca L soporta tambieh un sistema compuesto de una especie de pinza que, segun estén más ó menos cerrados sus dientes, hace subir el porta-carbon positivo ó le deja caer por su propio. peso. Cu_a ndo el electro-iman E ac'ciona, el car-· bon positivo sube y se mantiene en el freno; cuando el electro-iman E' está en actividad, el freno se abre y hace bajar el porta-carbon positivo. Puede acontecer que por efecto de roces a1iormales el porta-carbon positivo no baje por sí mismo, una vez s·otta<io por el fren0; en este caso el arco se alarga por el desgaste de los carbop.es, la resis.tencia del circuito aumenta y la energía del electro-iman E' llega á su ·punto máximo. En este instante, la armadura a apoya en un contacto t' y cierra el circuito de un electro-iman auxiliar, representado por la resistencia 'R'; cuyo electroiman atrae una armadura qu~, mecánicamente, obliga al porta-carbon .positivo á que baje de la cantidad deseada. Cuando la lámpara se apaga, la punta del porta-carbon positivo apoya en una pieza metálica y pone el regulador en corto circuito. Regulador Siemens.-Entre el sinnúmero ~e tipos construidos por la casa Siemens, se distingue un regulador con vibrador, otro que funciona por medio de un sistema diferencial, y un tercero en el cual están combinados los mecanismos de los dos anteriores. En el regulador diferencial (fig. 318), la armadura SS es comun á dos solenoides T T, R R. Esta .a rmadura está articulada á una espiga A que, en cierto modo, sirve de balancín á FÍSIGA lND.

un movimiento de relojería que aquella se pára cuando le sube y suelta cuando baja. Con este movimiento de relojeria engrana la espiga de cremal~era Z que soporta el car bon positivo g, reteniao,por las uñas a. El carbon negativo h fijo en b, es inmóvil. El solenoide T T · es de hilo fino y el salenoide R Res de hilo grueso; ambos están fijos al borne L y relacionados con el borne L., directamente el primero y por los dos carbones el otro. La, corriente que viene de la máquina se divide en dos partes, de las cuales, la mayor atraviesa el solenoide R R y los dos carbones g, h'; la .resistencia que esta fraccion de corriente debe vencer varía segun la distancia entre los carbones y la longitud del arco. La segunda parte de la corriente recorre la resistencia fija constituida por el solenoide T T. Segun la relacion que exista entre las fracciones de la corriente que atraviesan T T y R R, el alma S S se introducirá en uno ó en otro de estos solenoides; esta relacion depende de la resistencia del arco. Al encontrarse los carbones g y h en contacto, si la corriente atraviesa el regulador, el alma S S se introduce rápidamente en el solenoide R R; la espiga A A sube, debido á la palanca de transmision e e'; la cremallera Z sube tam bien, los carbones g h se separan y se produce el arco. Así que la resistencia del arco aumenta por alargiuse, la fraccion de corriente que atraviesa_T T aumenta tambien y el alma S S se introduce en este solenoide. D.ebido á este movimiento, la espiga A A baja y suelta el movimiento d:e1.·elojería, que mueve la cremallera Z hasta que el arco recobre su longitud normal. Re!Julador Pieper. - Hay varios modelos de estos reguladores: de punto luminoso móvil y de punto fijo. En el primer tipo (fig. 319), el porta-carbon negativo es inmóvil, á lo me· nos así que se enciende la lámpara ; el portacarbon positivo baja progresivamente á medida que se alarga el arco por efecfo del desgaste de los carbones. Los conductores que conducen la electricidad están unidos á los bornes A y B. El porta-carbon superior ó positivo está ligado á la espiga T que resbala por el interior de un T.

II.-74

586

FÍSICA INDUSTRIAL

tubo cilíndrico perfectamente bien taladrado. Esta espiga está retenida entre los dientes de un .freno movido por el electro-iman E E montado en derivacion en el circuito principal. La espiga T lleva además en su parte superior un anillo N que para el movimiento de bajada así que están gastados los carbones. La armadura M del electro-iman E E, móvil al rededor de un eje horizontal, acciona en un resorte provisto de dos zapatas que apoyan en la espiga T y la inmovilizan. Así que es atraída la armadura, la espiga T pue.de resbalar librem.ente. Los resortes R R' permiten graduar la sensibilidad de la armadura M, la cual arrastra consigo una pieza de contacto horizontal que interrumpe ó restablece la corriente que pasa por el electro-iman E E, segun esté ó no atraida M. Un segundo electro-iman D D, de hilo grueso, está montado en tension en el circuito de la lámpara. Su armadura F sostiene el po"rta-carbon negativo C' mientras que un resorte cilíndrico la mantiene· separada · de las almas del electro-iman. Así qu~ la corriente pasa por el hilo de las bobinas, la armadura Fes atraida, el porta-carbon negativo C' se separa del porta-carbon positivo y se forma el arco. Si en el momento de ponerse en marcha la lámpara, los carbones no se tocan, la corriente que pasa por las bobinas E E será muy enérgica, atraerá la armadura M, dejará b~jar un poco el carbon positivo y se interrumpe automáticamente por el movimiento de la armadura M, restableciéndose inmediatamente. De esto resulta una série de insignificantes resbalamientos que aproximan los carbones hasta su contacto; en cuyo instante la armadura F es atraída bruscamente por electro-iman D D y se produce el ~reo. La armadura M vuelve á funcionar así que el arco se alarga y acciona nuevamente como acabamos de decir. · El regulador Pieper es económico: produce 40 carcels con una corriente de 5 amperes y de 43 á 45 volts en los bornes. Se le puede instalar sin inconveniente en un circuito que contenga lámparas de incandescencia. El regulador de purrto luminoso fijo está representado en la fig. 320, visto en detalle y en conjunto. El travesaño inferior que soporta el car bon negativo sube por el mismo movimiento que

hace bajar al carbon positivo. Este movimiento de aproximacion se obtiene por medio de una cadena sin fin que pasa por los montantes laterales y ~e arrolla en un tambor situado arriba; el movimi_ento se determina ·por un peso sostenido por el travesaño superior. El tambor lleva un engranaje movido por un piñon dentado de aletas. El plato superior llev.a dos electrodos·, el uno en derivacion en el circuito y el otro en serie; este último produce la separacion para el alumbrado, cuando, por pasar la corriente, atrae un cuadro de hierro dulce que obra sobre la cadena de suspension. El_segundo electro-iman-· acciona sobre la otra parte del cuadro, provisto .de un apéndice de latan que se interpone entre las aletas del piñon. Así que la corriente pasa en cantidad suficiente por el arco, su intensidad aumenta en e1 electro-iman en derivacion, cuyo órgano atrae el cuadro, hace bajar el apéndice de latan y determina la subida de la aleta. Los dos carbones se aproximan hasta que se restablece el equilibrio. Regulador de cadeneta.-·La s dos bobinas de un electro-iman diferencial tienen una armadura comun, atraída, segun los casos, por la bobina de hilo grueso ó por la bobina de hilo fino. El mecanismo se componé de dos ruedas, una de las cua1es está sometida á la accion del parta-carbon superior que obra como motor por su propio peso; la otra es movida por un resorte. Por medio de un sistema · de gatillo se paran juntas ó separadamente estas dos ruedas, produddo por el movimiento de la armadura de los electro-imanes. El funcionamiento es el siguiente: Si no pasa ninguna corriente por la lámpara·y si los carbones están separados, la armadura del electro-iman estará situada de tal modo que el mecanismo correspondiente al carbon superior queda Jibre, mientras que el otro se para . .El peso del porta-carbon superior produce entonces el movimiento, y por medio de una cadena ·sin fin, los dos carbones se aproximan uno á otro hasta su contacto. Así que pasa la corriente á través de los carbones reunidos y del electro-iman de hil(? grueso, la armadura de éste se aproxima al

AU1MBRADO ELRCTRICO

alma y dificulta el movimiento ·del primer sistama de ruedas, mientras que, soltado el otro por la inclinacion de la paleta, desarrolla y separa -1os dos carbones' y se produce el arco. Al alcanzar éste su longftud normal, la intensidad de la corriente disminuye en la bobina. de hilo grueso-, debido al aumento de resistencia del circuito, aumentando en igual proporcion en la bobina de hilo fino; la armadura comun toma entonces una posicion i'ntermedia entre las dos bobinas y pára los dos movimientos hasta el instante en que, por el desgaste de los .carbones, se alarga el ~reo. A este alargamiento corresponde un aumento de resistencia en el circuito principal; se produce un aumento de corriente en la bobina de hilo fino, que atrae entonces la armadura, parando así el movimiento del segundo sistema y soltando el primero; los carbones se aproximan-hasta que haya alcanzado el arco la longitud normal, con lo cuaJ se restablece la posicion intermedia de la ar: madura. Este funcionamiento del mecanismo se repite · hasta el desgaste completo de los carbones. En esta lámpara fig. 32 r, el arco es fijo: Se fabrican varios modelos de ella, cuya intensisidad varía entre 400 y 40,000 bujías.. Regulador ó lámpara Weston.-Este es un regulador diferencial. Sabemos qu-e el principio en que se fundan todos estos reguladores consiste en emplear dos carretes ó dos electro-imanes, uno de hilo grueso por donde circula la corriente, y otro fino y largo por donde circula una corriente . derivada; pero ambos carretes contribuyen á' la regulacion y • obran en sentido . contrario, ó sea por difer encia: de ahí ·su nombre. · Los más usados son los de Siemens, Brush y Weston. ·Conocemos ya l9s dos primeros; pasemos ahora á dará conocer el de Weston,. muy usado en América. · La fig. 322 representa el alzado de esta lámpara. El mecanismo va colocado en la caj~ que se ve en lo alto del aparato. En la parte inferior no hay más que el globo de vidrio opalino, el carbon inferior ó negativo y una parte del positivo. Para comprender como funciona este aparato, es preciso seguir la explicacion en el

eschema fig. 323. El carbon inferior es fijo. El porta-carbon supézior R resbala libremente en un freno C, por su propio peso, cuando la corriente no atraviesa el aparáto. El descenso continúa hasta que la punta superieir del carbon inferior viene á tocar y á descansar sobre la punta superior del carbon de abajo. MM es un electro-iman de construccion particular y A es su armadura, que no puede tomar otro movimiento que el de vaiven en sentido vertical, porque va unida á dos resortes planos ae acero N y O, sólidamente fijo s por sus extremos á la armazon fija del aparato. En la posicion de reposo, el extremo superior de la armadura se encuentra un poco por debajo del alma superior del electro-iman. Cuando. el electro-iman se hl'!ga activo, su atraccion sobre la armadura tendrá por efecto levanta.r á ésta y al freno que con ella se relaciona. El freno participa a.el movimiento de va,iven de . la armadura; pero está construído de tal modo, que solo enfr_ena al- car-:bon en la parte alta de su carrera, y lo suelta , dejándolo caer, en la parta baja. La áccion del electro-iman sobre la armadura está contrabalanceada por un resorte S, cuya tension se regula á voluntad por medio de un tornillo que obra sobre la palanca á á que va fijo un extremo del resorte . Para evitar todo movimiento brusco, la extremidad superior de la ai:madura soporta un pequeño piston ó émbolo P que ha de moverse dentro de ui1 cilindro G lleno de glicerina. Este piston se compone <le dos discos sobrepuestos con agujeros que, coincidiendo más ó menos los de un disco con los del otro, pueden taparse· tambien más ó menos. Así, al moverse el pisto]}, el líquido encontrará cierta resistencia á pasar de un lado á otro del pisten, y se moverá con mayor ó menor dificultad. De este modo se suavizan los movimientos de la armadura del electro-iman. El electro-iman está formado de dos hilos, uno grueso y corto y otro fino y largo; pero en realidad ha y tres capas de hilo arrolladas en cada carrete, como lo representa la fig. 324. Las dos capas d~ hilo fin(?, ·que son la exterior y la interior, pertenecen -al mismo circuito y están montadas en derivacion sobre

FÍSICA INDUSTRIAL 588 En uno de l9s sistemas el reglage se hace - los bornes ó tornillos aprehensores del hilo conductor de la lámpara. La capa de hilo por medio de un solenoide secundario; en grueso va arrollada entre las otras dos. Este el otro, por el éfecto diferencial de dos pahilo grueso va colocado en el mismo circuito res de solenoides en combinacion ~on un que el arco, de modo que Ja corriente que rodaje. La experiencia ha demostrado que no pa-sa por él es la misma que pasa por el arco. es posible construir lámparas que funcionen La corriente derivada que recorre el hilo sin defecto sin esa clase de mecanismo ipterfino, no contribuye en nada á la formacion mediario; advertiremos de paso que los esdel arco, porque pasa del borne de entrada crúpulos que algunos manifiestan contra el en la lámpara al de salida. La corriente de empleo de los rodajes para las lámparas elécderivacion obra -al revés de la del hilo grueso tricas, no estan de ningun modo justificados, sobrE) el alma de hi~rro del electro-iman, por- cosa que cualquiera puede comprender sin más que reflexionar en la enorme cantidad de que va en sentido contrario de ésta. ruedas de los mecanismos que sir-ven para Veamos ahora como funciona el aparato. En el reposo, esto es, cuando no hay ·cor- medir el tiempo, y que sin embargo funcioriente, los dos carbones se tocan por · sus nan; aún construidos con poco esmero y en puntas y forman un ·corto circuito ó camino circunstancias adversas en muchos casos. En ambos sistemas de lámparas el reglaje fácil, de poca resistencia á la corriente, con es taµ exacto y tan1 fino que no se notan flucrelacion al hilo fino del electro-iman. La corriente pasa casi en totalidad poi¡ el tuaciones en el arco voltáico. · La lámpara de solenoide secundaria puede hilo grueso; magnetiza fuertemente al electroiman M; éste levanta la armadura A, la pa- estar unida á un conmutador automático que lanca del freno C, y con ella el porta-carbon luego_describiremos, el cual obrando por sí superior R, y el arco se forma entre las pun- mismo, h1tercala una resistencia en el rno- . tas del car bon. A medida que el arco se alar- mento en que los carbonés se acaban, ó que ga, la corri~nte de derivaoion que prrsa por el arco se extingue por otra causa cualquiera. el hilo fino aumenta; el magnetismo de M se De este modo puede muy bien dejar de fundebilita, puesto que la corriente del hilo fino cionar una lámpara sin que las otras que fun· obra en sentido inverso; la armadura toma cionan en el mismo circuito sufran ninguna una posicion de equilibrio tal que la atrac- interrupcion. En la lámpara de dos solenoides diferencion de M sobre A ·contrabalancea la accion del resorte antagonista S, reglado con ante'- ciales, el mecanismo regulador se halla en la misma lámpara, como más abajo se dirá. rioridad. La primera lámpara con un solenoide seContinuando alargándose el arco pqr el desgaste de las puntas de los carbones, la ar- cundario ó en derivacion, está dibujada en madura A desciende un poco más y llega á · la fig. 325. Esta lámpara funciona generalaquella posicion en que el freno C no puede mente con una corriente de·8 á IO amperes y ya enfrenar al porta-carbon R, y empieza á una diferencia de potencial en sus bornes de dejarlo resbalar; pero en cuanto se aproximan 50 volts; pero puede construirse para funciolos carbones, disminuye la resistencia del nar .con la corriente que se quiera y dar una arco, crece el magnetismo de M, porque au- luz más ó menos intensa. El porta-carbon ?uperior K' va unido á una menta la intensidad de la corriente del hilo grueso y se levanta la armadura; ésta entrena varilla dentada Z, que engrana con la rueda R, y levant1:1 al porta-carbon superior, el arco re- y da de este modo movimiento á un gran núcobra su dimension del régimen ó normal mero de ruedas satélites, en las cuales se cuenta y todo vuelve otra vez al estado de equi- la rueda de freno B. Bajo Ja accion de su peso y del de las piezas que lleva, la varilla ó barra librio. Lámparas Feín. - Mr. Fein, de Stuttgart dentada Z está constantemente solicitada á construye dos sistemas de ·lámparas regulado- descender; está articulada por arriba á una · ras, aplicables ·lo mismo para la luz simple palanca de dos brazos H, cuyo extremo de la que para la luz dividida. . derecha forma cuerpo con el alma del sale-

ALUMBRADO ELECTRICO

noide derivado S', y el extremo de la izquerda , con el freno F. El porta-carbon inferior K" se--une ó ensambla al alma E de un solenoide de hilQ grueso S puesto en el circuito de la lámpara; en su parte inferior, el alma E va ligada á un resorte de tirabuzon cuya accion tiende constantemente á empujar hácia arriba el alma E. El funcionamiento de la lámpara es muy fácil de comprender. Cuando no pasa ninguna corriente por el solenoide S', el freno F sostiene en reposo á la rueda B. Supongamos los carbones separados: en el momento en que viene la corrien'te, ésta pasa enMra por S', el alma de.hier_ro e es atraida, la rueda B y con ella la barra Z quedan libres, y el carbon superior baja )lasta tocar al carbon inferior. En cuanto se tocan los carbones, la corriente pasa por el solenoide S", el cual se anima, atrae hácia adentro el alma de hierro, el carbon inferior baja, y el arco voltáico surge; pero, al mismo tiempo, el solenoide derivado, de hilo fino y resist~nte, casi no recibe ya cor"riente, e~ freno F se apoya sobre By K" y se mantiene quieto. Los mismos fenómenos se producen durante la marcha. Cuando el arco se hace demasiado largo, la accion ·de resorte de tirabuzon es mayor que la del solenoide S": el porta-carbon K" sube, la cantidad de corriente que pp-sa por S". aumenta, la barra Z, y con ella el porta-carbon K' descienden. Estos movimientos son excesivamente pequeños y de aquí la fijeza de la luz. La fig. 326 representa la lámpara de aécion diferencial. El porta-carbon superior K' está tambien unido á la_ cremallera Z á quien su propio peso solicita siempre á descender. 1.a. cremallera ó barra· dentada Z engrana con la rueda R, cuyo movimiento · de rotacion · se trasmite por medio del rodafa intermediario á la rueda B que hace de freno. Este sistema de ruedas satélites va montado en el interior de un bastidor G móvil alrededor delos gorrones a, a' del árbol A de la rueda principal R. De· aquí se sigue que el árbol A llena una doble funcion: sirve de eje de rotacion á todo el sistema de ruedas dentadas, y al mismo tiempo á la rueda R considerada aisladamente. El freho obra cuando el bastidor G, viniená bascular de izquierda á derecha, hace que 11

la rueda B se apoye en la placa O, la cual se liga, por medio de un resorte, á la palanca H; ésta está provista, en su extremo, de un tornillo de regla,ge S. Segun las , diversas posiciones que se da -á este tornillo, el punto en que el freno ataca á la rueda B, ~cambia de lugar, de ta-1 modo, que se puede con ello modificará voluntad la longitud del arco. En el interior del bastidqr G, á derecha é izquierda del eje de simetría, en el plano de la figura, se hallan dos almas de hierro dulce en forma de U cuyos brazos se meten en el interior de dos pares de solenoides E' y E". El solenoide de la izquierda E', cuyo hilo es grueso, está en el circuito principal, al paso que el solenoide E", de hilo fino y largo, está montado en derivacion. 1-Ié aquí ahora como funciona la lámpara. Cuando Jlega la corriente, el solenoide E' atrae vivamente á su alma en forma de U; el bastidor G bascula en este mismo sentido y viene á apoyar la rueda B contra el freno O, inmovilizando con ello todo el s.istema de ruedas satélites, de modo qué, continuando el movimiento,- la cremallera sube, separando así los carbones, y formándose el arco. Con el desgaste de los carbones, la resistencia del circuito principal aumenta y el solenoide en derivacion E" se pone á funcionar; el bastidor bascula en sentido contrario que antes, hasta que la pieza: del freno abandone la rueda y descienda la barra dentada Z. Los carbones se aproximan hasta que la resistencia se haya hecho bastante pequeña para que el solenoide de _hilo grueso prevalezca de nuevo y vuelva á detener todo el sistema, obligando á la rueda B á apoyarse en el freno O. · Este regulador es de una gran sensibilidad; los movimi_~ntos son tan pequeños que la vista no puede percibirlos; la fijeza de la luz es grande. Para que no se rompa el circuito en el oaso en que una lámpara se apague, el bastidor G está provisto de un doble contacto T, que entra en accion cuando el par de solenoides secundarios ó derivados E'' funcionan; este contacto intercala automáticamente la espiral de resistencia W, equivalente á la de una lámpara. De este rnpdo se consigue que las otras lámparas del circuito funcionen siempre con la misma cantidad de corriente,

. ,.

FÍSICA

INDUSTRIAL

Rumo DE LAS LAMPARAS DE ARCO ALIMENTADAS . POR CORRIENTES ALTERNATIVAS.-Las corrientes . . alternativas producen .un sonido . ó zumbido -continuo en el arco, que es algo molesto en locales cerrados, ó donde se necesite un silencio absoluto. Este sonido lo producen los -mismos cambios de sentido de la co1Tiente en el arco, No hay otro medio de disminuirie, sin evitarlo del todo, que rodear el arco con un cilindro de vidrio de paredes espesas. Las corrientes continuas no producen sonido. Las corrientes alternativas son más peligrosas á igualdad de potencia que las continuas; · hay, pues, que manejarlaséon má.:' precaucion que éstas. Pueden emplearse guantes de cauchú, para ponerse á cubierto de una. descarga, que únicamente puede producirse alcontacto. ENERti-IA CONSUMIDA POR SEGUNDO POR UNA LÁMPARA DE ARCO Ó POR UNA BUJIA -ELÉCTRICA. -Hállese con el voltámetro la diferencia de potencial D volts, entre los bornes de la lámpara; hállese con el amperómetro intercalado en el circuito. la ihtensidad I amperes de la corriente que alimenta la lámpara ó bujía. La energía eléctrica consumida en cada segundo por la lámpara ó bujia será: DI volts

ó bien

DI k'l , 1 ogrametros.

-IO

Si hay muchas lámparas ó bujías colocadas en serie en el mismo circuito, I tiene el mismo valor en tod~s; en cuanto á D podría suceder que fuese algo diferente de una lámpara. á otra, aunque todas las lámparas y carbones sean iguales; mas nunca será grande la diferencia, y ·se puede admitir que todas, si son iguales, absorben el mismo salto eléctrico D volts. Si se quiere la potencia absorbida por la lámpara, en caballos, se tendrá: _D _ I_ caballos rnX75 ó más exactamente

DI · DI caballos. ----= -9' 8X75 736

U~ arco normal de 14 amperes y 50 volts. I D

= 14 amperes

= 50 volts

consumirá p,or segundo una energía eléctrica de ~50X14 - ---,~ 73 6

= cerca de un caballo.

Los pequeños arcos de 5 amperes y 50 volst consumen:

50 5 73

0'34 ;~ballos =

-3

caballo.

UNIDADES DE rnz.-Se toma como unidad de medida para a.preciar la . cantidad de luz dada por un foco luminoso, la luz que produce la lámpara Carcel-tipo. Esta lámpara ya sabemos que tiene constantemente el aceite rebosando por lo alto de la mecha, merced á unas pequeñas bombas que lo elevan constantemente; el aceite, las bombas y el aparato de relojería que las mueve, van contenidas en el pié de la lámpara. La mecha es cilíndrica y de dimensiones fijas, así como la longi!ud de la chimenea y su forma. La lámpara Carcel-tipo debe consumir 42 gramos de aceite de oliva claro por hora. La luz de la Lámpara Carcel equiva.le á la de un m(;)chero de bue'n gas, quemándose á razon d·e 100 litros por hora en mechero Argand con chimenea, ó á la luz de un mechero ordinario que quema de 120 á 130 litros de gas por hora. Estas últi~as equivalencias no son más- que aproximaciones, puesto que no podemos .fijar la calidad del gas, por ser ésta muy variable. Tambien se toma por unidad de luz la bujía. Pero la bujía inglesa, la francesa, la alemana son algo diferentes: unas son de parafina y otras de estearina. No podemos por esto establecer la exacta equivalencia entre la luz u.nidad-Carcel y la luz unidad-bujía. Pero po•demos decir que la Carcel equivale á la luz de 7 á 10 bujías.- Por t~rmino medio se cuenta que la Carcel da la luz de 8 bujías. INTENSIDAD LUMINOSA DEL ARCO VOLTAICO.Como las lámparas de arco ·tienen colocados· . los carbones sobre la misma vertical y el' positt'vo árriba, resulta que la intensidad de fa luz emitida por el arco cambia con la diteccion de los rayos luminosos. Si medimos la . intensidad segun la · direccion -de los rayos descendentes, que forman mi ángulo de 45 á 60 grados con el plano horizontal, nos encontraremos allí con el máximo de luz. Los

ALUMBRADO ELECTRiCO

rayos horizontales tienen menos intensidad, y mucho menos aún los rayos ascendentes á 45 grados sobre el plano horizontal que pasa por el arco. De aquí la suma dificultad que hay. para apreciar la cantidad total de luz que un -arco emite. Se acostumbra formar lo que se llama intenst'dad media esférica, que es la cantidad total de luz repartida uniformemente sobre la superficie esférica cuyo centro es el arco voltáico. Supongamos un plano vertical que pase por el are.o ó foco de luz; tiremos sobre este plano varias rectas concurrentes á dicho fajo y sobre cada recta tomemos á partir del foco, una distan~ia proporcionada á la intensidad luminosa en aquella direccion. Uniendo los · extremos de estas rectas resulta una curvad~ las intensidades luminosas en las diferentes direcciones. Calcúlese el volúmen que enjendraria esta curva girando alrededor de los carbones. Sea V este volúmen; se calcula despues el radio de una esfera que tenga el volúmen V, por medio de la fórmula conocida: V= _1.1tr 3 3

La longitud r, representa, á la escala adoptada, lo que se Harria la intensidad media esférica de aquel foco luminoso. En ciertos arcos voltáicos empleados en los proyectores de la luz' que usa la marina, no hay aparatos reguladores que vayan automá, ticamente aproximando· los·carbones á medida que se gastan. En estos casos la aproximacion de los carbones se hace á mano y de un modo intermitente. Además, los carbones no están situados sobre la vertical, sino algo inclinados al horizonte y arriba el positivo. Aun se hace más: los dos carbones no están sobre una misma recta inclinada, sinó que el positivo, paralelo _al negativo, se retira hácia atrás, esto es, hácia el sitio 9puesto á donde ha de marchar la luz. Esto es lo que se llama poner los carbones en .desacorde; así se consigue que el cráter del carbon positivo, que sirve tambien de . reflector,. dirija los rayos en el sentido horizontal que se desea. A más de esto, hay su reflector detrás del arco Pª!ª reflejar hácia delante los rayos emitidos hácia atrás, y para reducirlos al paralelismo. En estos proyecto-

59 1 res para la marina hay un prisma de reflexion previsto de vidrio oscuro, que permite al que maneja el aparato ver las puntas de los carbones, y, por tanto, la longitud del arco. De este modo, tocando de cuando en cuando el tornillo de apróximacion, se reduce la longitud del arco á la qúe debe tener normalmente. RENDIMIENTO DE UNA LÁMPARA DE ARCO

UNA BUJÍA.-Si se divide el número de carcels que produce la lámpara por la energía eléctrica consumida por ésta á cada segundo, al cociente se le llama rendimiento en lur_ ó rendimiento luminoso. · · Se llama rendimiento mecánico de una lámpara, al cociente que ,resulta de dividi(la energía eléctrica consumida en cada segundo en la lámpara, por el trabajo motor producido por la máquina motriz de la dinamo. - Se llama rendimiento eléctrico de una lámpara, al cociente que resulta de dividir la energia eléctrica consumida en cada segundo en la lámpara, por la tótal energia eléctrica del circuito. En todo esto suponemos que no hay más que una sola lámpara en el circuit_G; si hubiera muchas, habria que hacer la suma de las ~antidades de luz ó de energía de todas las lámparas y referir las sumas á toda la energía motriz ó electrica del circuito. En el primer caso, habria que referir la suma de luz á la suma de las energías de todas las lámparas. Los CARBONEs.-Davy empleaba el carbon de madera apagado con agua. Foucault lo sustituía con carbon de retorta, más resistente y que no quema con tanta presteza~ pero, en .general es poco homogéneo y contiene silicatos que se derriten y dan lugar á destellos incómodos y .que apagan á veces bruscamente el arco. Se han hecho un gran número de investigaciones para obtener carbones homogéneos que produzcan una luz tranquila. Staite y Edwards, ya en 1842 habian fa bricado carbones con cok pulverizado, mezr lado con jarabe de azúcar, que calcinaban despues, de modo que reducido el azúcar en car~on· llenaba todos los poros y aumentaba la densidad. Otros muchos carbones se han inven. tado despúes; los de Carré, tres ó cuatro veces más tenaces que el carbon de retorta,

FÍSICA INDUSTRIAL

sonoros y brillantes como metales, gozan de una gran aceptacion. Tienen la forma cilíndrica, obtenida por el paso de la masa pastosa por un agujero, empleando una fuerte presion .- La pasta se compone de Cok pttl ve riz ado. . . . Neg ro de humo ca lcin ado .. Ja ra be de azúcar.. . . .

15 partes 5 7ú 8

Estas barras se calcinan despues. Se ha ensayado mezclar varias sales metálicas á la pasta, para que reducido el metal en el electro·do negativo, añada la luz que produzca al quemar. Tambien se han revestido los carbones de capas metálicas depuestas por galvanoplastia, para impedir la combustion de las partes próximas al arco voltáico. Reynier comprueba que estos carbones metalir,ados dúran mucho más que los otros. ·Barras de 7 milímetros de diámetro, que se acortan de 234 milímetros en una hora cuando esfán desnudas, solo pierden 186 ó 144 milímetros cuando están• cobreadas ó niqueladas, conservando siempre la luz el mismo brillo. Varias aplicaciones de la luz eléctrica

Desde la invencion de los reguladores es cuando se ha empleado la luz eléctrica para toqos los usos, puesto que antes sólo se la utilizaba en los experimentos de física ó para el embellecimiento de las fiestas públicas. Tambien se la ha empleado en óptica en sustitucion de la luz solar. Los fotógrafos se sirven de ella para operar en cualquier momento. Ha prestado y presta grandes servicios para el alumbrado de las ex planaciones de vías férreas y otros trabajos análogos du rante la noche, puesto que un solo aparato da luz á cientos operarios con una regularidad asombrosa. En ciertos casos, el consumo no alcanzabl! antes tan siquiera á 1 ' / , ·céntimos por operario y por hora, y los medios que se empleaban no eran en mucho, tan económicos como los que se poseen hoy día. El descubrimiento de la induccion electrodinámica y la -invencion de los potentes generadores de electricidad que han sido la consecuencia de aquella, han sido·la causa de los grandes progresos que se han hecho en el alumbrado eléctrico. Despues de los primeros

ensayos hechos con la maquina Noilet, se la aplicó al alumbrado de los faros, siendo el primero el faro de Desugeness, en Inglaterra, á principios de 1862, y el segundo fué el del cabo de la Heve, cerca del Havre, á fines de 1863. Despues se fué extendiendo más y más esta importante aplicacion. Al principio se dirigían las corrientes de la máquine Nollet en un mismo sentido; ·mas luego Masson supuso muy oportunamente que podrían muy bien emplearse las corrientes alternativas, con cuya modificacion se simplificaron los reguladores y ganaron notablemente las corrientes en intensidad, puesto que los conmutadores producían siempre cierta resistencia. Es innegable que la aplicacion de la luz eléctrica á los faros constituye un gran progreso. El foco luminoso es mucho más ceñido, lo cual favorece· el efecto producido por los lentes y la luz alcanza mucha mayor distancia, tanto por esta causa como por ser dicha luz más brillante que la del aceite, que comunmente se emplea. Segurr Allard su brillo equivale, á igualdad de superficie luminosa, á 255 veces el de la llama de un mechero de faro de cinco mechas. Se ha hallado, además, que, á igualdad de superficie, el brillo de la luz del arco producido por una máquina dinamo-eléctrica poderosa, iguala y hasta sobrepuja el brillo del sol. La aplicacion de la luz eléctrica á los faros produc~ una gran economía, tanto que, segun Leroux, el consumo baja á ..:.. del del

alumbrado por aceite. Muchos son ya los buques de vapor que llevan focos eléctricos alimentados por generadores dinamo-eléctricos movidos por la máquina de vapor, y que, iluminando el espacio á grandes distancias, permiten salvar más fácilmente los escollos que por desgracia encuentran con frecuencia las embarcaciones. Lo incómodo de una luz demasiado viva se corrige haciéndola intermitente por medio de un disyuntor movido por la máquina de induccion; por ejemplo, se la deja brillar durante 20 segundos, seguidos el.e roo segundos de interrupcibn. Iluminando el espacio de frente, con continuidad, puede un buque entrar fácilmente en un puerto y la navegacion tluvial puede verificarse durante la noche, sin peligro alguno, aun en pasos algo difíciles.

ALUMBRADO ELÉCTRICO

·593 Martín de Brette propone aplicar el alum- pensó este efecto em p!eando en la linterna C brado: eléctrico á la guerra, para hacer seña- lentes más anchos que en la torre B para pro• les, iluminar el terreno para los reconoci- ducir el rayo móvil. mientos y descubrir los trabajos y operacioCada foco estaba l)rovisto de un aparato nes de1 enemigo. Para esto se han construido lenticular que, para los focos de arco, consismáquinas locomóviles, que llevan un gene- tía en un aparato de foco fijo de segunda clase, rador dinámico-eléctrico. En 1870, durante el al cual se habian añadido exteriormente prissitio de París, se instalaron lámparas eléctri- mas verticales, de suerte que los rayos, paracas eón reflector esférico en los puntos más lelizados en el plano horizontal y en el vertiávanzados, que proyectaban á lo lejos haces cal, salían como un haz condensado. Con un luminosos más ó menos divergentes, con los _ aparato de 12 lados se podían hacer. salir 12 cuales se podía descubrir la campiña y obser- rayos; y haciendo girar el aparato se veían var la aproximacion de las fuerzas enemigas pasar lo~ rayos suc~sivos á intervalos reguamigas de sorpresas. lares. La lámpara -eléctrica, contenida en un ciPara los· focos de gas, cuya llama es más lindro metálicq provisto de espejos, permite ancha, se empleaban grande~ lenies anulares, i1uminar grandes profundidades del mar, ya ·que formaban parte del aparato giratorio tri. para ciertos trabajos hidráqlicos ó-ya para los forme , destinado al nuevo faro de la isla de naufragios. Se utiliza tam bien este mismo Mew, en Irlanda. aparato para el alumbrado de las rriinas, eviSe emplearon lentes anulares aun más an :: tándose con ello el peligro de inflamacion del chas para _los focos de aceite. Eran del tipo grison. adoptado para el faro de Eddystone, y se su1 LAS DIFERENTES L J CES DE LOS FAROS.~En la pu~o que compensarían la falta.del cuarto foco óptica hemos tratado de los faros con relacion superpuesto. á los movimientos _q ue -los rayos luminosos Estas lentes anulares condensaban la luz experimentan al pasar por los lentes, espejos incideñte en un haz de rayos paralelos, y y reflectores, ·con el objeto de aumentar y dar cuando se las ponía en movimiento, haciendo mayor distancia á la luz. Hoy trataremos de girar eí bastidor sobre qúe estaban montadas, los faros con relacion á · su alumbrado, por producían en el observador la ilusion de un fados los sistemas, tomando como base los foco girat_orio. datos y resultados de la comision inglesa de Las lentes para la luz fija-eran siempre las mismas, es decir que constituían un aparato la T1Jnity-House. Esta comision hizo construir tres torres di- lenticular redondo. El aparato para la luz eléc• ferentes de 180 piés ingleses de altura. La pri- trica estaba, provisto de lentes de segunda mera A, destinada á la luz eléctrica; la segun- clase, mientras las otras eran de primera. No da B, al gas sistema Wigham, y la tercera C, se emplearon los prismas superiores é infeá focos de aceite y alguna vez al gas. La dis- riores, generalmente usados para la luz fija. tancia entre las torres era suficiente para que Todos los focos superpuestos estaban procada foco pudiese conservar su carácter es- vistos de un par de lentes para hacerlos ver, _pecial. ya como giratorios , ya como fijos. La luz La farola ó linterna de cada torre tenia 16 eléctrica, por ejemplo, tenia tres caras de un aparato giratorio y tres de un aparato fijo. El . caras, 5 al Norte y 4 al Sud. En cada sistema, los focos de luz se coloca- gas tenia cuatro caras ó tableros de un aparato ban uno sobre otro, con la idea de que el gran giratorio y otras tantas de un ap_arato fijo. En cuanto á los focos en sí, habia tres lámvolúmen de luz producido fuese de un efecto poderoso en tiempo de nieblas. Para el gas se paras de arco tipo Berjot, alimentadas por decidió montar cuatro focos, es decir, adoptar tres máquinas eléctricas que funcionaban á 600 vueltas por mi_nuto y daban una intensiel sistema cuadriforme, ó con tres focos. Los focos de la segunda torre B, estaban dad luminosa de rc,ooo á_15,ooo bujías. Los puntos de observacion se establecieron más próximos uno ·á otro, porque la linterna era algo más baja que las otras; pero, se com- á media milla, á una milla y cuarto, y á dos rfs1cA IND.

11.-75

FÍSICA INDUSTRIAL

594

millas y media de los focos, desde donde se observaban las luces en todo tiempo. Las observaciones que se hicieron tienden á demostrar que, en todas las condiciones admosféricas, la luz eléctrica tiene una superioridad de 35 por roo aproximadamente sobre el gas _cuadriforme con roS mecheros y de 40 -por 100 sobre el sistema triforme de aceite con seis mechas. Se ha demostrado que los focos giratorios del gas cuadriforme con 68, 88 y 108 mecheros, son siempre un poco superiores á los focos giratorios triforme de aceite con ¡;eis mechas; pero cuando se compara un número

igual de focos, la diferencia apenas es perceptible. El gas es siempre superior para luces · fijas. En cuanto á. las observaciones. hechas en tiempos de niebla, el informe consigna que ninguno de los focos ensayados ha podido atravesar la niebla á una distancia considerable. La mayor parte de las observaciones han sido hechas á una distancia de 2,000 piés ingleses, al máximo, y fa superioridad de la luz eléctrica ha sido fijada en 200 á 300 metros por lo menos, al paso que los focos de gas y de aceite son práctimente iguales é inferiores á esta distancia.

Intensidad luminosa con lentes en u11a atmósfera pura.

Intensidad luminosa

MECHER_OS

del foco des"cubirto .

Eléctrico: r máquina .. 2

Douglas ( ro anillos): gas. ( 6 - ). - . . Wigham (108mecheros): gas. ) -. ( 88 -) ( 68 ) ( 48 ) - - ( 28 Sugg (6 anillos) : gas .. Siemens: gas. . . . . . Douglas (7 mechasf aceite .. ..... . (6 Servicio de la Trinity House (4 mechas): aceite ..

. .

10,000 15,000 2,500 824 2,300

Corona cilíndrica y prismas verticales.

l. 250,000

))

.500,000

))

)) ))

105,000 92,000

))

1,400

))

900 99º 250

))

820

))

600 95° 73º

))

55,000 10,000 60,000 64,000

4 15

))

» ))

Lente de la is'a de Mew.

Lente de Eddystoné.

55,000

))

94,000 70,000 59,000 54,000 48,000 42,000 )3,ººº ))

))

49,000 48,000 . 44,000

Esta tabla indica la potencia relativa de los disposicion multitorme de los focos de gas y de focos comparados entre sí, y da igualmente la aceite á todas las distancias que excedan de intensidad luminosa, en bujías, de cada especie media milla. En cuanto á la luz eléctrica, se ve mejor de alumbrado, con ó sin el aparato óptico des para pequeñas distancias, cuando se hace patinado á mostrarlos como luz rotatoria. Segun las observaciones fotométricas he- sar la corriente de una ó muchas máquinas chas -por Dixon, parece que la potencia de por una sola lámpara de arco. Tambien ha de-. penetracion de los focos múltiplos es superior mostrado que los focos de gas y de aceite son á la de los focos simples, para las distancias igualmente afectados por las variaciones atinferiores á aquellas en que los diferentes ra- mosféricas, y que Ja luz eléctrica es absoryos comienzan á mezclarse, para el ojo. Este bida en una proporcion mayor por la niebla. punto se halla á media milla próximamente Sin embargo, teniéndolo todo en cuenta, rede los focos de las torres A y C, y á menor sulta la luz eléctrica superior á los focos podistancia de la torre B. Afirma Dixon que el derosos de gas y de aceite. La siguiente tabla indica el coste relativo experimento hecho durante las nieblas no deja ninguna duda relativamente á la utilidad de la de los focos ensayados.

595

ALUMBRADO ELÉCTRICO

Gastos de primer.-. instal acion .

Gasto de entretenimicnh> por año .

Pesetas.

P esetas.

Estacion eléctrica sin foco -superpuesto.

. 48' 17 5

Estacion de g as cuadriforme ..

42 ' 1 75

Estacion de aceite, foco simple.

201' 600 ) . 18,000 } • [289' 100 28,000 87' 500 J . . 10,000

A añadir para cambiarlo en triforme ..

Estas cifras prueban que el aceite es el más exigencias ordinarias del serv1c10 de los fabarato, tanto como gasto de instalacion como ros;. pero allí donde ·se necesita una luz podede sostenimiento. rosa, la electricidad es la que ofrece mayores Un solo foco eléctrico cuesta menos como ventajas. Como ampliacion á lo que anteéede, y ate.:. instalacion que un,o de gas cuadriforme; pero los gastos de sostenimiento son mayores. niéndonos á tiempos claros, añadiremos los Las cifras para los gastos anuales' de sos- resultados siguientes: tenimiento que esta tabla contiene, comprenLa luz eléctrica aventaja al gas en 27 , 1. º den 4 por rn'o de interés sobre la suma em- 34 y 37 por por rno para aparatos giratorios. pleada en el establecimiento, y además un 2. º La luz eléctrica aventaja al gas en 39 rn por rno de· sobrecargo p.ara reparaciones y y 29 por rno para aparatos fijos. renovacion de aparatos. 3. La luz eléctrica aventaja al gas en 33 Las conclusiones que se· deducen de todo y 39 por rno para aparatos giratoríos, y en lo expuesto son las siguientes: 46, 47 y 32 por rno para aparatos fijos, segun 1. ª La luz eléctrica instalada· en la torre se empleen aparatos de al_umbrado simples, experimental A, ha sido la más poderosa en dobles y triples . 4. En tiempo de nieblas ordinarias, pata toda clase de tiempo, y es la que tiene mayor potencia de penetracion en caso de niel3la. aparatos giratorios ó fijos, la ventaja de la . 2. ª El gas del sistema. multiforme Wig- electricidad es respectivamente de 33 y 50 ha m, empleado en la torre B, y el alumbrado por rno, y de 28, 50 y 54 por rno. por aceite con mecheros Douglas en disposi5. La ventaja sobre -el aceite es de 33~ 32 cion multiforme, hasta triforme en la torre C, y 5o·por rno en aparatos giratorios, y de 28, dan la misma cantidad de luz á través de -las 50 y 54 en aparatos fijos. lentes giratorias en todos los tiempos ; ·pero, Tambien M. Lucas, en Francia, ha hecho sin embargo, el gas cuadriforme es algo su- importantes estudios sobre el alumbrado de los faros, y alienta la esperanza de que todaperior al ac;:eite triforme. 3. ª La superioridad de los focos de gas vía puede mejorarse mucho ·su luz, reemplasuperpuestos es incontestable coli lentes fijas. za0ndo el arco voltáico por la incandescencia. La gran utilidad, dice, del alumbrado de El gran diámetro de la llama de gas, y el . hecho de que las luces están más aproxima- las costas, bajo el doble punto de vista de la das en la linterna del gas, hace que el rayo -seguridad del navegante y del desarrollo del aparezca más compacto que el que emana de poder marítimo del país, ha ocupado desde muy antiguo la atencion de los ingenieros y una luz de los mecheros de aceite. 4.ª El alumbrado de un faro por el gas se de los físicos, y excitado muy justamente su hace de un modo más efectivo y más econó- emulacion para procurar el progreso. Los faros alumbrados actualmente por el mico con los mecheros privilegiados de Douarco voltáico en las costas de Francia, son los g,las que con los de Wigham. - 5.' , El aceite constituye el mejor y más de Dunkerque, Calais, Cris-nez, la Canche, económico sist~ma de alumbrado para las la Hive, los Balemes y la Palmyra, y un gran 0

•.

FÍSICA INDUSTRIAL

número de faros de primer orden, alumbrados por aceite mineral, han de ser transformados en faros eléctricos. Para la marcha de los aparatos se emplean 4 caballos de fuerza que producen 450 carcels, de modo que se obtienen 112 carcels por caballo-vapor. La corriente eléctrica es de 55 amperes, y la resistencia del arco es de 0'43 ohms; de suerte que la diferencia de potenciales entre las puntas de los corbones es de 23'63 volts. La energia eléctrica prestada por segundo será, pues, de 1,300 watts; de donde resultan 4 caballos gastados; el arco voltáico no absorbe más que 1'76 caballos; la diferencia se gasta en la transmision por correas, en los rozamientos de la dinaqio, en la energía interior de esta máquina, y en los hilos que transportan la corriente hasta el arco. En suma, comparado el arco voltáico con las lámparas de aceite mineral, presenta, dos ventajas de primer órden para el alumbrado de los faros, á saber: la mayor potencia luminosa y el menor coste de la unidad de luz; pero desgraciadamente se le puede criticar la inestabilidad de su luz. Cuando se observa con atencion uno de esos poderosos focos eléctricos, se reconoce en seguida que la gran luz no proviene de esa llama azul que constituye propiamente el arco valtáico: proviene de las puntas de carbon elevadas á la incandescencia por la enorme temperatura. La llama del arco constituye más bien que un foco, una pantalla; absorbe más luz que da; el desplazamiento continuo de esta pantalla alrededor del carbon y tambien la rotacion continua y caprichosa de las zonas incandescentes alrededor de las 'puntas, origina mucho más que las variaciones de la distancia entre las puntas, las vacilaciones luminosas. Este inconveniente parece tan inherente al arco, que casi es imposible hacerlo desaparecer completamente. Pero desde el momento en que es la incandescencia y no la combustion ni el transporte de las partículas de carbon de un polo á otro lo que constituye la verdadera causa de la luz, lógico será pedir á la incandescencia en el vacío que Iios suministre un foco tan poderoso como el del arco voltáico .

•

Al parecer, esta es la via por donde debe buscarse al progre~o y la futura solucion del alumbrado eléctrico de los faros, y en este sentido emprendió M. Lucas sus estudios. Las condiciones que se impuso, en razon á la naturaleza misma del objeto que persiguía, son las sigúientes: 1. ª El foco luminoso debe presentar la forma de una superficie de revolucion de eje vertical, porque conviene que la luz esté igualmente repartida en todos los a~imuts. 2." Es preciso recurrirá corrientes de cantidad, es decir, dar muchos amperes á la corriente eléctrica y poca resistencia al cuerpo incandescente; obtener muchos watts con pocos volts para dar potencia al foco sin producir al mismo tiempo una tension de rayo, ni aun peligrosa. 3. ª El cuerpo incandescente no puede ser mas que el carbon, porque éste es el único que puede soportar, sin fundirse ni volatilizarse, temperaturas excesivas. Segun Lucas, se pueden obtener 400 carcels con una corriente de 170 amperes, y una resistencia de 0'04 homs en el carbon incandescente, ó lo que es lo mismo, con una tension de 7 volts y una energía de 1,200 watts. En estas condiciones, la unidad de luz no exige, por lo que se refiere á la parte incandescente del circuito, un trabajo mecánico superior al que exige hoy el arco voltáico. Lucas evalúa en 4,000 grados centígrad.os la temperatura del carbon luminoso, sin que el carbon se funda ni volatilice .• Sabido es que, á la larga, se produce en las lámparas de incandescencia un depósito car-:: bonoso sobre la superficie interior de la ampolla de vidrio. Esta disminucion g~adual de la transparencia será nociva, sobre todo, en los grandes focos luminosos por incandescencia. Estudiado este fenómeno por Lucas, cree hallar la verdadera causa en la presencia de moléculas de oxígeno que han quedado e)?. el intet ior de I_a lámpara. Se demuestra, en efecto, que la rapidez del depósíto está en razon directa de la presion del gas interior; se llegaría á obtener una lentitud infinita en la forrnacion del depósito de carbon, y aun hacer este depósito imposible, si se llegase á obtener y conservar el vacío absoluto en la ampolla de vidrio. Una molécula de oxígeno que

•.

597

ALUMBRADO ELECTRICO

quede, se <;.ombina con .e l carbon allí donde comienza este filamento y donde, por tocar con los hilos metálicos, tiene el carbon una temperatura menos elevada: se forma una molécula de óxido de carbono; despues · esta molécula de óxido de carbono viene á tocar la parte más_incandescente del filamento carbono, donde la temperatura es bastante elevada para I?roducir la disociacion; la molé-cula de óxido de carbono se descompone, el oxígeno queda libre otra vez, y la molécula de carbono libre es proyectada contra el vidrio de la ampolla. La molécula de oxígeno libre vuelve á combinarse con el carbon, y así siguiendo. La realizacion del vacio absoluto en una ampolla de incandescencia es dificilísima, por la tenacidad con la cuaf el car bon y los metales retienen los gases que han logrado almacenar entre sus poros. Bajo fa influencia de la elevacion de temperatura, que es P!Oducida por el paso de la corriente eléctrica, estos gases se desprenden al principio en gran parte; pero el desprendimiento se hace enseguida con tanta lentitud, que no parece sino que se trata de un fenómeno que obedece á una ley asintótica. Este hecho, que no puede ponerse en duda, segun opinion de M. · Lucas, demuestra que todo aparato destinado á producir en gran escala la luz eléctrica por. incandescencia, debería estar provisto de un absoróente susceptible de almacenar constantemente y en toda época de la vida de la lámpara, los gases desprendidos en .débil cantidad por los carbones y los metales calentados. Por qtra parte, hay que observar que los .gases desprendidos durante el paso de la corriente, y no extraídos, son reabsor~idos despues por el filaniento ·carbonoso cuando éste se enfría. Por consiguiente, la presencia de una débil cantidad de ga'S en una lámpara incandescente tiene por consecuencia que obligar al carbon á desprendimientos y reabsorciones periódicas ; de aquí un trabajo mecánico impuesto á sus molécul¡is, y, por tanto, una de las causas·principales de la destruccion del filamento. Para dará un gran foco de incandescencia garantías de duracion, es necesario ponerse á cl).bie-rto de la peligrosa influencia de los gases, aun los más enrarecidos, cuya dificultad se vence recorriendo al empleo de aparatos absorbentes.

Bujías eléctricas:

Cuando se trató de aplicar el arco voltáico para el alumbrado de las plazas y calles, se presentaron varias dificultades, entre ellas el elevado pre(?iO de la electricidad suministrada por las pilas, antes de inventarse los generadores magneto-eléctricos. Otro obstáculo era el tener que proveer cada foco luminoso de un regulador, a para to costoso y delicado, hasta que, en 1876, Jablochkoff venció esta dificultad imaginando una disposicion muy sencilla, con la cual se prescinde del regulador. BuJIAS JABLOCHK0FF.- La bujía Ja~lochkoff (fig. 327) se compone de dos carbones, que . habitualmente tienen cuatro milímetros de diámetro y 25 centímetros de largo . Cada un@ de ellos está colocado en un cubo de la ton que se adapta á un soporte aislante .que une el mecanismo con los dos carbones, conserván -. deles su aislamiento . Estos están separados en toda su longitud por una pasta aislante conocida con el nombre de colombina. Estas bujías son de carbon aglomerado, de buena calidad, y están cilindradas,con mucho esmero. El soporte está compuesto de una mezcla de kaolin, de magnesia y de yeso, amasado con agua gomosa. Esta pasta se pasa por la hilera; que le da la forma cilíndrica definitiva. Antes . de que la pasta haya endurecido completamente, se la corta en pedarns de tres centímetros de largo y se la deja que seque al -aire. Así se obtienen· soportes sólidos en los que se incrustan los cubos. Para preparar la colombina s·e emplea una mezcla de dos partes de sulfato de cal y una parte de sulfato de barita. Este polvo se pasa por un tamiz, se aglomera con .a gua para formar una pasta, que se extiende sobre una mesa _de mármol. Una vez bien extendida se la corta en barritas delgadas, por medio de un peine metálico que da una forma ligefamente- cóncava á sus caras laterales; las barritas de colombina se dejan durante algunas horas en un disecador cuya temperatura sea d~ unos .35 grados. Colocado entre los dos carbones, cuyos éxtremos superiores están tallados en bisel, obtenido con la muela, la colombina se mantiene por su propia forma en ellos; está cortada á

FÍSICA INDUSTRIKL

unos cinco milímetros debajo de las puntas de carbon; sólo falta :xa encebade. Recuérdese que el arco voltáico se forma cuando existe contacto entre los carbones, y como las bujías. J ablochkoff están separadas, para que aquél se produzca, el extremo de cada bujía lleva una pasta formada de carbon pulverizado y de plombagina, aglutinados con agua gomosa. Tambien á veces, con el fin de aumentar su duracion, sé cobrean las bujías con una deposicion galvanoplástica; en cuyo caso se sumergen los carbones en un baño de sulfato de cobre, que se descompone por una corriente eléctrica; antes de ·esto se impregna el lado de los carbones que debe estar en contacto con la colombina con un barniz de goma laca y, despues de la galvanizacion, se barniza toda la bujía para preservar el depósito de cobre de la oxidacion. Las bujías de cuatro milímetros de diámetro producen una intensidad luminosa de 40 á 45 carcels y duran unas dos horas. Esta duracion no es suficiente en la mayor parte de los casos, así se disponen en una misma lámpara varias bujías que se inflamali unas des pues de otras. Al principio, esta operacion se hacia á mano; hoy dia esta permutacion se ejecuta automáticamente. Candelero Bobenrieth.-Con este candelero, así que se apaga una bujía, por una causa cualquiera, se enciende por sí misma otra. Se compone de seis pinzas de cobre (fig. 328) situadas en un plato P aisl~nte. Las uñas exteriores e de las pinzas se unen entre sí por un círculo metálico m que, por medio del borne B, comunica con uno de los hilos del circuito. Las uñas interiores i están fijas separadamente al plato P. En el centro de éste hay una rodela de cobre e unida al segundo hilo del circuito por el borne B'; de esta rodela parten unos resortes planos r, susceptibles de comunicar con las uñas interiores i por medio de unos anillitos de plomo a. Establecida a.sí esta comunicacion y provista cada pinza de su correspondiente bujía, la corriente se abre paso á través de aquella cuyo cebo presente menor resistencia ; se produce entonces un arco voltáico, mejor conductor que los cebos, y· continua pasando la corriente por la bujía encendida. Al llegará su fin, el calor del arco

funde el anillo de plomo a; el re..orte se se~ para; la corriente interrumpida pasa por otra bujía y así va siguiendo hasta _que todas se hayan consumido. Con esta bujía se economizan los gastos de vigilancia resultante del cambio de bujías á mano, y reduce el consumo de

T aproxima-

damente, puesto que las bujías se queman completamente sin dejar ningun cabo. , · · En el alumbrado Jablochkoff, así como tambien en los que le son análog9s, la colombina se consume juntamente que el carbon. Bujía lgnatiew.-Con el objeto de utilizar las corrientes continuas, emplea Ignatiew dos carbones concéntricos, que compensen el mayor desgaste del car bon positivo, · dándole un volúmen más considerable de materia. El centro de la bujía está ocupado por una barrita de carbon de uno 4 milímetros de diámetro: este es él carbon negativo; el carbon positivo, en forma de tubo de r centímetro de diámetro, rodea completamente al negativo; una barrita de kaolin y una capa de aire bastan para sepa-rnr los dos cilindros. Debido á la diferencia de volúmen de las partes incandescentes, el desgaste se verifica con la mayor regularidad. Estas bujías tubulares, largas de 32 centímetros, producen durante seis horas una luz muy uniforme. Candelero Wilde.-En 1878, Wilde cons- · tr-uyó un candelero en el cual las dos barri•.tas de carbon están inclinadas una hácia otra hasta tocarse para producir el encebamiento; así que se ha formado el arco, toman una posicion paralela. Estos candeleros están dispuestos para cuatro bujías. Los carbones internos están soportados por cubillos metálicos fijos, colocados verticalmente. Los carbones externos están montados en cubillos metálicos de visagra, y su punta apoya_en la del carbon interior situado frente de él. La parte móvil de la visagra lleva una ·paleta de hierro dulc_e que sirve de armadura á un electro-iman ligado al hilo conductor que lleva la corriente. Estando cerrado el circuito, para que se produzca la inflamacion, la corriente atravies~ las bobinas del electroiman, pasa de un carbon á otro por su punto de contacto y determina la produccion del . arco voltáico; es atraida entonces la paleta d_el

ALUMB'O DO ELÉCTRICO

electro-iman, la cual hace bascular el carbon exterior alrededor de su visagra y restablece el paralelismo entre las dos barritas, mientras el arco voltáico no cesa de conservar la comunicacion eléctrica. Al producirse una extincion se rompe el cirGuito, el electroiman queda inerte y cayendo el carbon exterior sobre el interior, provoca una nueva inflarnacion. · Bujía Jamin.-La fig. 329 representa, en principio, la bujía Jamin. Lós carbones- c y d están colocados paralelamen!e en los portacarbones metálicos a a y b b. Los hilos conductores del flúido eléctrico, van recubiertos de gutapercha, forman una especie de tira A BCD alrededor de los carbones. La corriente eléctrica llega 'á la lira por m., por ejemplo; desciende por el lado izquierdo ele· la lira, como las flechas indican; pasa al porta-carbon b b;, de aquí pasa al carbon d; sube hasta la punta superior de éste; pasa de esta pu~ta á la del otro carbon c atravesando el pequeño espacio de aire que separa · los carbones; y pr9duciendo entre estas ,puntas el arco voltáicoJ· desciende por el carbon c; pasa al porta-carbon a a y allí coje nuevamente el hilo <:onductor que con este porta-carbon comunica; sube por el hilo de la derecha de la lira y sale de ésta por n. El hilo conductor forma alrededor de los carbones un circuito casi cerrado_A BCD, al que hemos-- llamado lira porque podria afectar esta forma en la práctica en vez de la del rectángulo A BCD que se le ha dado; tambien podria afectar una forma eléptica como la de la fig. 330. EL arco voltáico puede considerarse como una _corriente -eléctrica móvil, horhontal y aér.ea que va desde la punta del carbon d á la punta del carbone, y que rnúcha de derecha á izquierda. El rectángulo A BCD se compone de cuatro corrientes fijas: la primera es la corriente A B horizontal, que marcha de derecha á izquierda y que atrae al. arco voltáico; la segunda es la corriente CD horizontal, que marcha de izquierda á derecha y que repele al arco voltáico. Ambas corrientes concurren á impulsar hácia arriba el arco voltáico. La tercera corriente vertical descendente A C, y la cuarta vertical ascendente B D, concurren

599 á producir sobre el arco el mismo efecto ·de impulsarlo hácia arriba-.· De aquí resulta que el_arco voltaico ó luz eléctrica se enc.u entra siempre entre las puntas de los carbones y va descendiendo á medida que estos se consumen. Las barritas de carbon tienen ordinariamente 4 ó 5 milímetros de diámetro y se gastan á razon de 15 centímetros por hora, poco más ó menos. Hemos supuesto en lo que precede, que la corriente eléctrica entraba en la lira por el extremo m y salia de ella por n; pero aún cuando sucediese lo cont_rario, el efec,to del rectángulo A BCD sobre el arco voltáico, s.eria siempre el retenerlo sobre las -puntas de los carbones, exactamente _16 mismo que en el caso anterior. Tambien se podria invertir la lira, sin dejar de obteJrnr idéntico resultado que en los casos anteriores. Invirtiendo la lira tendrüimos las puntas de los carbones hácia abajo, y por lo tanto mayor luz en el suelo, porque no se proyectarian sobre éste las sombras de los porta-carbones. Podria asimismo darse á Ja lira cualquier otra posicion que c-onviniese, y aún llevarla con Ja mano de un sitio á otro, siempre que lo permitiese el largo de los hilos conductores. Si la fuerza con la cual el rectángulo sencillo A B CD impulsa al arco voltáico hácia las puntas no fuese bastante grande, y se notase cierta vacilacion, podria darse al hilo A B C D dos ó tres ó más vueltas alrededor de los carbones. Entonces la lira obraría sobre el a.reo con una fuerza d0ble ó triple ó más que en el caso -del rectángulo sencillo. No conviene, sin embargo, exagerar la fuerza con la eual el circuito-lira impulsa al arco yoltáico hácia las puntas de los carbones, porque si ésta fuese demasiado grande, se escaparia el arco y la corriente · quedaria interrumpida y apagada.la luz. Para encender esta bujía, esto es, para hacer que surja entre los carbones el arco voltáico, despues de establecidas las comunicaciones de la lira con los polos de la máquina generadora de la corriente eléctr-ica, se toca á la vez ambos carbones y transversalmente con una larga y delgada barrita de carbon, que se puede tener en la mano por un extre-

FÍSICA . INDUSTRIAL 60~ mo distante. La barrita se pone incandescenfo cidental. Por esta causa determinaron los entre los dos carbones, el arco eléctrico se inventores modificar la primera instalacion, forma, y la accion de la lira lo lleva al ins- y en el nuevo modelo (fig. 33 r) los carbones B, B' están colocados de punta; penetran en tante á las puntas. · Esta bujía no ha dado los buenos resultados las cavidades de un bloc de mármol de Carque se esperaban y se ha abandonado casi por rara A, en donde están consolidados por medio de resortes R, R', que accionan sobre completo. · Inflamador Debrun. - Debrun, al igual palancas acodadas D L, D' L'. Un agujero más que Wiide, suprimió la colombina, y en vez pequeño pone en comunicacion las dos cavide alumbrar las bujías. por arriba, -las unió . d_ades, y una especie de embudo, labra.do en por su base por medio de un cebo, lo cual no _ la masa, forma reflector por la parte inferior. impide que el arco 'voltáico se produzca en La inflamacion automática se verifica por uua las puntas. El acto de producirse la luz se pequeña espiga ó· rama de carbon que atradebe á un electro-iman colocado en deriva- viesa uno de los carbones de luz convenientemente ahuecado, y que apoya en el otro. A cion en el circuito. Lámpara Sol. - Esta lámpara, debida á esta rama de carbon está adaptada una armaClerc y Bureau, constituye el paso entre las dura de hierro dulce, móvil á lo latgo de una bujías Jablochkoff y las lámparas de incan- espiga, é introducida en parte en una· bobina descencia. La primitiva lámpa,ra se componia del electro-iman G. Así que se resuelve la de un bloc central de mármol blanco ó de inflamacion, es atraída la armadura al inte_rior • magnesia aglomerada, que se introducía como de 1~ bobina, con cuyo movimiento arrastra cuña en otro bloc de piedra, en cuya base consigo la pequeña rama de car bon y separa tenia una abertura muy grande, por la cual así el carbon de luz. El bloc de mármol, que se veia la cara inferior del mármol. Los dos mide 5 centímetros de longitud, por 3 de anblocs tenian dos conductos oblícuos que reci- cho y 3 de grueso, dura unas 15 horas y los bian dos carbones de 2 centímetros de diáme- carb0nes apenas se gastan de 2 á 3 milímetros tro y JO de longitud. Estos carbones penetra- por hora. El generador del arco puede alcanban libremente en los conductos y, por su zar de 10 á 60 milímetros. La magnesia aglomerada parece ser más propio peso, bajaban hasta el fondo, descanque el mármol y no se gasta con ventajosa sando en el reborde del bloc exterior. El conjunto estaba metido en una caja de fundicion tanta rapidez. Segun Hospitalier la duracion en la cual penetraban los hilos conductores del bloc de magnesia es de 100 horas. La potencia luminosa de la lámpara varia convenientem ente aislados y unidos respectivamente á los dos carbones. Para producir entre ·50 y r ,ooo carcels, segun la intensidad la imflamacion, los dos carbones están unidos de la corriente, la distancia de los carbones y por un pequeño tronco de carbon de madera. la longitud del mármol. Segun los inventores, el gasto es sólo de Debido al paso de la corriente, este tronquito enrojece y se consume, se calienta el mármol r 5 centímetros por hora para obten_er la in· y se hace más conductor; surge el arco vol- tensidad luminosa de 120 mecheros caree!. táico entre los dos carbones, aumentan en briAlumbrado por incandescencia llo por la incandescencia del carbonato de cal que medida A viva. cal en que se transforma CONSIDERACIONES SOBRE LAS LÁMPARAS INse gastan, van bajando pausadamente los carbones por sí mismos hasta el fondo del con- CANDESCENTES ; - Hemos dicho 'ya que la luz ducto, de suerte que la luz así producida, de incandescencia sale más cara que la del además de ser muy fija tiene un color ama- arco voltáico, gastándose entre los polos de las lámparas incandescente s una energía elécrillo dorado muy agradable á la vista. Tal como acabamos de explicar era la pri- trica 5 ó 6 veces mayor que la que se conmitiva instalacion de este sistema, que pre- sume en las de arco, para obtener la misma sentaba el inconvenient e de ser casi imposi- cantidad de luz. ta casi. totalidad de la luz del arco volble la inflamacion, en caso de extincion ac-

ALUMBRADO ELECTRICO

_táico no proviene del arco mismo, sino de la incandéscencia de las puntas carbonosas. Estas puntas, elevadas á una alta temperatura, son las que dan luz. Por otra parte, sabido es de antiguo que, las partículas sólidas incandescentes son las que producen la luz en las llamas del alumbrado ordinario. De aquí resulta que la luz del arco voltáico debe considerarse como de incandescencia, y Elntonces, bajo este punto de -vista, podemos decir que no hay diferencia esencial entre la lámpara de arco y la lámpara incandescente; .podremos decir que ambas son de incandescencia, ya que am·bas provienen de la incan4escencia de la misma materia. Carbon incan/i~scente' tenemos en un lado; carbon incanp.escente del otro; luego, si uno da cinco veces . más luz que el otro,- no puede provenir la diferencia de otra cosa (ya que la energía gasjada es igual en ambos) que de la difere!].te estructura y pureza del carbon, ó de la desigualdad de las temperaturas. Es evidente que si ambas causas contribuyen al fenómeno, ·1a desigualdad de temperatura es, con mucho, la decisiva, la más importante. El arco se ha hecho con carbones de muchas clases, fabricados por distintos procedimientos: las lámparas de incandescencia están en el mismo caso. Edison, Swan, _Maxin, · Lane, construyen sus filamentos carbÓnosos con sustancias distintas; el arco, sin embargo, ha conservado siempre 'su superioridad econónlica. Además, y para hacer v.er que la temperatura es la condicion más influ- yente, obsérvese que si hacemos consumirá una lámpara incandescente .c antidades sucesivamente crecientes . de energía, al mismo tiempo que veremos aumentar la temperatura del filamento, veremós crecer la ·cantidad de lqz dada por unidad de energía gastada, y esto -de un modo indefinido, hasta llegará la destruccion del filamento carbonoso. La explicacion de -estqs hechos es clara. Si tomamos una lámpara incandescente y le damos en cada segundo de tiempo una energía eléctrica insuficiente, el filamento carbonoso permanecerá negro; no dará luz alguna;· no será visible eil la oscuridad. Esto no obstante, si representamos -por I la intensidad de la cori:iente que _recorre al filamento, y por R la resistencia ·eléctrica de ...éste, expresada la pri-

mera cantidad en amperes y en ohms la segunda, el filamento recibe por segundo y transforma en calor una energia eléctrica de: R -.Jt ampere-volts ó watts. _Luego, el filamento se calentará y emitirá radiaciones caloríficas .oscuras. Aumentaremos la energía gastada por segundo ~n la lámpara y lograremos que el fi-lamento negro tome color, en cuyo caso se hará visible en la oscuridad con color rojo oscuro. Así, empiezan, pues, las radiaciones luminosas menos refrangibles ó de onda más larga, esto es, las rojas. Aumentemos más la intensidad de la corriente: el filamento tomará brillo, dando una proporcion -considerable de radiaciones amarillas. Si solamente damos á la intensidad I el valor que se asigna en ia práctica á las lámparas de incandescencia, tendremos una luz con tinte amarillo dorado: índicio seguro de que en el conjunto de las radiaciones luminos¡is domina la radiacion amarilla. Pero como quiera que no se trata de con servar la vida de la lámpara, sino de llevar el experimento á sus últimos límites, continuaremos aumentando la intensidad de la corriente. En estos sucesivos aumentos ; observaremos que el brillo del filamento aumenta siempre, y que la luz va aproximándose cada vez más á la lu 1 blanca. Esto prueba que van sucesivamente apareciendo, y cada vez en mayor proporcion, las radiaciones más refrangibles, verde, azul, etc. Todo esto puede deducirse de la simple inspeccion del tinte de. la luz compuesta que irradia de la lámpara. La série de estos experimentos acabará por 1a destruccion, ó por mejor decir, rotura del filamento. De acuerdo con lo manifestado por el doctor Voit, podemos deducir que hasta llegará la rotura del filamento, la cantidad de lu1 dada por este crece proporcioncrbne1J,te al cubo de la energia gastada por segundo. Esta ley empírica, que hemos de suponer racionalmente que se e~tendería algo más allá de la rotura' d.el filamento, si éste hubiera podido resistir 1 -hace ver· claramente que la f. 11. -

fÍSlCA, IND

60'2

FÍSICA INDUSTRIAL

luz de incandescencia igualaría en gasto de energía á la del arco, si fuera posible elevar :el filamento á la temperatura á que está el arco, ó por m~jor decir, las puntas de los carbones del arco. · En efecto, si la cantidad de luz crece con la energia gastada, pero de un modo mucho más rápido q1)e ésta, es claro que la unidad de luz se va produciendo con menor' gasto de energía á medida que a,umentamos ésta; y es evide_nte que llegaríamos á obtener la unida-a de luz por el sistema de incandescencia al mismo precio de energía que por el ~istema de arco. Admitamos, por ejemplo, que hoy la unidad de luz obtenida por incandescencia gaste 5 unidades de energía, cuando la misma.cantidad de luz obtenida por el arco, sólo consuma una unidad. Forcemos la lámpara incandescente actual (real ó idealmente) hasta hacerle consumir doble energía de la que consume en la práctica corriente: nos dar~ 8 unidades de luz con un gasto de 10 unid:ades de energía, y ya tendríamos la lámpara incandescente dándonos un rendimiento parecido ó próxifI!O al del arco voltáico. . ¿Por qué, pues, no se hace hoy consumirá Jas actuales lámparas· incandescentes, en la .p ráctica ó aplicacion ordinarias, el doble de la energía que actualmente se les dá? Por la sencilla razon de que, ó no puede el fi_lamento llegar á eso sin destruirse antes, . ó porque si no se destruyera en el acto, tendría muy poca duracion. Lo probable sería la, muerte inmediata del filamento y la pérdida de la lámpara. No existen estas razones para salvar de. su destruccion los carbones deL arco voltáico; .estos se sacrifican de tal modo que la elevadísima temperatura los volatiliza, ó bien produce en ellos una disgregacion molecular, y las partículas son arrastradas por la corriente . misma, ó dispersadas y que!D·a~as por el aire. , Además, no hay ningun interés en .salvar de esta causa de destruccion á los carbones del arco, puesto que existe constantemente otra causa en la presencia del aire y en la consiguiente y rápida combustion superficial. La lámpara de arco está hecha para sacrificar los carbones, ·1os cuales se consumen á razon de 6 á 7 centímetros por ~10ra, al paso que las lámparas incandescentes fueron hechas para conservar indefinidamente los mi:;mos, aunque

•

desgraciadamente la experiencia acredite cada día que su duracion no suele ordinariamente exceder de 800 á r ,ooo horas. Creemos con esto haber demostrado que ia superioridad del arco voltáico sobre la lámpara incandescente es principalmente-debida, casi en su totalidad, á la ·mayor temperatura del primero sobre la ,segunda·. La consecuencia de semejante conclusion es que si encontrásemos una suóstancia capaz de resistir en ciertas condiciones la temperatura del arco, y dotp.da de la conveniente conductibilidad, tendríamos con ella la luz incandescente al precio de energía que hoy tenemos la del arco, y aun á ménos precio sin duda. Pasemos ahora á otro punto: el por qué una mayor temperatura lleva consigo el obtener á menor precio la unidad de luz. . A medida que vá aumentando la energía que se da á la lámpara en c.a:da segundo, vá cambiando, como se ha dicho, la composicion de las radiaciorres, aumentando la proporcion de las luminosas corriparativamehte con las oscuras: y como éstas se pierden para el efecto de alumbrar, y aquéllas son inútiles, de aquí la ventaja de aumentar la energía que alimenta la lámpara. Señalaremos aquí una cuestion profundísima ·y de gran interés científico. ¿Cómo y por qué se hace ese cambio en la composición de las radiaciones? ¿Por qué y cómo la elevacion de temperatura deJ filamento, hágase como se haga, produce ese cambio? La verdad es que el problema es difícil y parece ha de tener su clave en una infinidad de cambios que debe sufrir el filamento en su íntima estructura molecular, á medida que su temperatura se eleva. No parece sino que las partículas carbonosas, ó ·grupos atómicos del carbon, se van subdividiendo en partes vibrantes cada vez más y más pequeñas, á la ma_nera de las pla-cas y cuerdas para el sonido, para ir producLendo vibraciones m~s y más rápidas; ondas más y más cortas. La sola circunstancia de 'la elevacion de temperatura sería eausa suficiente para explicar ei' auméríto general de rapidez vibratoria ó de a:mplitud, mas no la variable composicion de las radiaciones. La ley que antes hemos citado, ley empírica, aproximada, que hemos dicho que seguramente sobreviviría más allá del limite

603 obtenida iría al princ1p10 aumentando muy rápidamente con la energía, como el cubo de ésta; despues iría aumentando con una ni.pidez cada vez menor, y llegaría hasta disminuir á un punto en que quizás nos quedásemos á oscuras por un exceso de energía. Esta hipótesis no parece de ningun modo imposible ni absurda. ¿No deja el oído de percibir las vibraciones sonoras por demasiado. rápidas? ¿No es el ojo humano inapto para percibir las vibraciones ultravioletas? ¿Sería caso imposible, en teoría, llegará transformar toda la energía de la corriente eléctrica en radiaciones químicas? Pues en este caso nos quedaríamos á oscuras por un exceso de energía gastada en este filamento ideal: Es decir, que empezamos en el primer experimento por quedarnos á oscuras á causa de alimentar la lámpara con poca energía: na teníamos más .que calor, aire, luz; y acabam~s por quedarnos á oscuras ,á causa de alimentar la lámpara con demasiada energía: no tendríamos en este caso más que radiaciones químicas sin luz. En el primer experimento, la unidad de luz costaba infinita energía; en el último, lo mismo. Púes entre esos dos límites extremos habrá un punto preciso en que la unidad de luz se obtendrá con el mismo gasto de energía. Dicho de otro modo : la curva que sigue las dos variables, lutproducida, energía gastada, tiene un máximo para la primera. No es posible saber donde está ese punto, donde está ese máximo, donde está ese idea de luz económica; ideal que no es posible alcanzar, entiéndase bien, no por una imposibilidad teórica ó científica, no porque no . exista, sin<? porque tal vez no será posible encontrar una susbtancia más refractaria que el carbono. Si hay algun medio de mejorar las condiciones de la estructura molecular del carbono, de modo que pueda resistir el filamento una temperatura más elevada que la que ·actualmente se admite en la práctica corriente, á eso deben dirigirse los esfuerzos de los inventores, ó de los investigadores. Ya que no tenemos aquella substancia ideal, que de existir produciría la luz á una pasmosa baratura, fuerza es aproximarse á ella cuanto se pueda. Las consideraciones que se han hecho, llevadas á un Hmite irrealizable, aunque racio-

ALUMBRADO ELECTRlCO ·

de destruccion- del car"l;Jon, si éste pudiese resistir más aun, esta ley no podría seguir indefinidamente. En efecto, supongamos por un momento que nos fuese posible disponer de un filamento absolutamente indestructible, capaz de resistir sin alteracion la más alta temperatura imaginable. Si aquella ley se cont.nuase al infinito, sería posible ir disminuyendo continuameute la energía gastada para producir una unidad de luz, y al cabo, como límite, llegaríamos á obtener con escasa ó mejor dicho ninguna energía la unidad de luz; y como 13 unidad de luz es energía, tendríamos energía sacada de la nada; absurdo manifiesto que nos prueba que esa ley empírica no es sostenible, pues la luz vá aumentando con la energía segun .una ley, cada vez más rápidamente á medida que crece la temperatura, ó mejor, la cantidad de energía consumida por segundo. Las ideas antes expuestas sobre el cambio que va operándose en la composicion de las radiaciones, á medida que vamos aumentando la energía que consume por segundo el filamento, viene por su lado á apoyar la conclusion anterior. En efecto, si cada vez van apareciendo rayos más y más refrangibles, tambien irán apareciendo y aumentando las radiaciones químicas Ó· ultravioletas, las cua. les. no son luz, y son tan perdidas para el alumbrado como las radiaciones caloríficas oscuras. El ojo, como el oído, solamente es afectado funcionalmente por las vibraciones intermedias de la escala. Tal vez tienen ciertos animales ojos capaces de ver radiaciones caloríficas oscuras que nosotros no veremos jamás; y tal vez los haya, que perciban algunas de las radiaciones químicas. Ellos verán colores que el hombre no podrá ver nunca, puesto que sentirán impresiones sobre el órgano visual, que nosotros no hemos sentido. No solamente decimos que esa ley no podría sostenerse indefinidamente, sino que, aun cuando sea aventurado y apoyándonos siempre en el cambio de composicion de las radiaciones, diremos ahora que sucedería lo siguiente: Si sometiésemos el filamento ideal, indestructible, que antes hemos supuesto, á una corriente eléctrica cuya intensidad fuese aumentando indefinidamente, la cantidad de luz

FÍSICA INDUSTRIAL

La energia perdida ó radiada en · cada se:. nal, y los datos y experimentos aducidos, prueban ·1a ventaja de poder aumentar, sin gundo por el· filamento se puede expresar por k S / (T) perjuicio· de la lá~para, la energía que por representando por k un número constante y segundo absorbe ésta. Sobre los experimentos hechos con la lám- por / (T) una funcion creciente con T, al para de incandescencia, llamada de Boston, menos en los límites ile la práctica. Cuando la lámpara llega aJ régimen consé inventada por Bernstein, y los' obtenidos por Henri Goetz sobre la nueva lámpara in- tante, lo cual hace en un tiempo cortísimo, la candescente de Cruto, se han obtenido resul- energía recibida por ésta en cada segundo es igual á la perdida por radiacion en el mismo tados dignos de llamar la atencion. Estas lámparas han dado en su marcha nor- tiempo. Luego tendremos: mal, una luz de cl,latro bujías por k:ilográC = kS/(T) . metro de energía gastada en la lámpara por de donde. segundo. Las lámparas ordinarias no dan más que dos ó poco más bujías. Resultados análo. gos á los de la lámpara de Boston, ofrece la: \ Lo <;:ual prueba, aunque/ (T) sea desconode Cruto, segun Goetz. Basta la simple enunciacion de diferencias cida, que T sólo depende de las variables tan notables, para que se comprenda desde ' C y S; y au!}, precisando esto más: que T luego todo el inter~s científico y práctico que sólo depende de la relacion CS ; relacion LJUe . d.ebe inspirar la averiguacion de las causas suunidad cadá por consumida energía la es que las producen. Si la causa reside casi exclusivamente en perficial de filamento. Esto da uri medio, no de medir, porque no que esas lámparas se hayan hecho funcionar puede despejar T, pero sí de juzgar de la se ordilámparas las que á mayor temperatura narias, lo cual es de suponer, la éxplicacion temperatura á que trabaja una lámpara de in.parece clara, y reside en lo dicho anterior- candescencia. Dicha temperatura, hasta donde mente. El brillo del :filamento Bernstein, la es posible llegar sin destruir el filamento, · C sensacion más ó menos viva que produce en la retina, en comparacion con la que en su crece con s · Luego aquella lámpara que marcha normal producen las otras lámparas, será un indicio de la temperatura ó de la energía que consume la lámpara por unidad superficial de filamento. Así, debe admitirse que la temperatura de un filamento carbonoso no depende más que de la energía eléctrica que consume por cada · unidad superficial de filamento. Representando por C la total energía eléctrica que recibe por segundo Ún filamento cuya superficie es S; suponiendo constante la temperatura del recinto donde brilla Ja lámpara, ó aun despreciando el valor de esta temperatura exterior en comparacion con la altísima del filamento; representando por T esta última temperatura, es evidente que la cantidad total de energia radiada por el :filamento (color oscuro, luz, radiaciones ultravioleta), es proporcional á la superficie S, y es al mismo tiempo una funcion desconocida de T .

tenga mayor la cantidad ;

, será la que fra.

baje á mayor temperatura. Las cantidades C y S pueden medirse, al paso que no hay otro camino experimental fácil y dirécto para juzgar de esas altísimas temperaturas. Verdad es que el brillo es un indicio para conseguir este fin, p,e ro será un juicio por sentimiento. Además, no es fácil apreciar la diferencia cuando los brillos son casi iguales; la sensacion de una luz muy viva embota la sensibibilidad de la retina y hace casi imposible la comparacion de las sensaciones. Admitamos, por el momento, ya que todo parece indicarlo, que en. esos experimentos las lámparas trabajaron á una temperatura más alta que la normal de las lámpa:ras antiguas; admitamos que trabajaron á un valor

de S mayor que el de las antiguas. Faltaria ahora saber, para que la compara-.

ALUMBRADO ELECTRICO

don sirva de algo.-Primero. Si las antiguas lámparas, trabajando en las mismas condiciones de energía total absorbida y de superficie de -filamento que las nuevas, producen ó no la misma cantidad de luz.-Segundo. Si trabajando todas, nuevas y antiguas, en esas mismas condiciones forzadas de favorable é igual rendimiento, tienen todas la misma duracion. Supongamos que se procede á nu,eva experimentacion comparativa bajo las bases que se han señalado, que son las únicas que pueden aclarar · el asunto, y supongamos que en-con tramos : Que .las nuevas lámparas, á igualdad de energi(l eléctrica consumida y á igualdad de superficle de filamento, pr'oducen más lu:r_ que las (!-ntiguas. Entonces tendríamos que admitir, contra lo que se oponía antes, contra lo .que parece probable, que hay una causa que juega un papel en el fenómeno de la luz incandescente, causa que no se ha tenido en cuenta y de la cual aun no se ha dicho nada, á pesar de tanto como se estudia, se experimenta y se publica. Entonces se tendría que admitir que la estructura íntima del car bon que constituye -el filamento tiene cierta influencia en la produccion de la luz, ó ·para hablar con más exactitud, en la conversion de la energía eléctrica en energía luminosa. Ciertamente que esto no tiene en sí nada de _a bsurdo, por más ,que se rehuya concederle importancia hasta que la experiencia lo acredite. Por otra parte, si tiene alguna, la experiencia no solamente la dará, sino que la medirá. Robuste.ce en cierto modo la probabilidad de la influencia que pueda ejercer la estructura del filamento, -la circunstancia de que los filamentos Bernstein y Cruto están prepara. dos de modo bien distinto de los Edison, Maxi~, Swan, Lane, etc. El filamento Bernstein está hecho, segun dicen; con una qinta hueca de seda carbonizada. El de Cruto está formado llevando al rojo blanco, en una atmósfera de un hidro-carburo, un hilo de platino. Segun dicen., á esta temperatura, el platino descompone el hidro. carburo y se recubre de una capa de carbono, brillante como el acero. Para elevar el hilo de

605

platino al rojo blanco ·y conseguir el depósito carbonoso, no es fácil suponer que deba calentarse el hilo por el paso de la· corriente eléctrica, puesto que el ·depósito carbono.: so se obtiene tambien calentando el hilo de cualquier otro modo. Aquí la corriente eléc...:.· trica n9 obra como electricidad, siño como unmedio de calentar, más cómodo que ningun otro en este caso. De paso haremos una observacion sobre la· lámpara Cruto. El hilo de platino que ·fotma el alma del filamento cuando éste se acaba de fabricar, no podrá, sin volatilizarse, sopórtar la temperatura de la luz de incandescencia; luego este -platino debe volatilizarse y desaparecer como tal hilo, dejando un filamento hueco de carbon, ó un tubo de carbon delgado como un cabello. Si es así, no deja de ser curioso el fenómeno del platino filtrándose por una delgada capa _de carbono, sin disgregarlo ni alterarlo-; porque esa capa de carbono parece densísima y compacta á juzgar por el brillo que ostenta. Pero todavia es más curioso, como apunte histórico, el hecho de que Cruto descubrió su filamento v por ende su lámpara, cuando lo que buscaba era el medio de cristalizar el carbono, ó lo que es lo mismo de hácer diamantes . Cruto quería descompo-: ner un carburo de hidrógeno, con la esperanzá de que, jugando ün papel la electricidad ·en el fenómeno, se separase el carbono del hidrógeno, cristalizana.o el primero. Por eso puso el hilo de platino recorrido por una cor- · riente eléctrica en • una atmósfera de hi:lrocarburo. En resúmen: si · la experiencia acreditase, cosa hasta ahora no demostrada, que las nuevas lámparas de incande?cencia, á igu~ldad de energía gastada y á igualdad de superficie, dan más luz que las antiguas, quedaba demostrada la influencia de la naturaleza ó estructura del filamento, y la superioridad en el rendimiento de las nuevas lámparas. Pasemos ahora al segundo extremo. Supon. gamos que la primera série de experimentos nos dé que todas las lámparas nuevas y antiguas, bajo la misma energía é igual supetfieie del filamentC), producen la misma luz. Entonces será la mejor aquella que 'dure inás, y el filamento por sí mismo no tendrá influencia ninguna en el rendimientp en luz; su- es-

~ FÍSIGA INDtrSTRIAL

606

tructura no tendrá influencia sino soore su aguante, sobre su duracion. Esta circunstancia tiene tambien, como c1,ialquiera lo compren-:de, mucha importan\'.;ia económica. Para terminar estas consideraciónes, falta deducir la fórmula que nos dé la cantidad de luz que ofre~en estas lámparas. Hemos de admitir tres cosas: la primera, que suponernos que la estructura del filamento no influye en el fenómeno de la luz incandescente; la segunda, que no presentando esta fórmula sin cierto temor de equivocarnos, pondremos al detalle las consideraciones á que se preste; la tercera, que corno fórmula empírica que se apoya en datos experimentales, no es aplicable· más que entre los límites que comprenden los datos obtenidos, aunque parece que pudiera aplicarse mucho más allá de la destruccion del filam~nto, si éste no se destruyera . . Démos el nombre de brillo .del filamento á la cantidad de luz que la unidád superficial del filamento incandescente emite en cada segundo. Representemos por C la' total· energía eléctrica que por segundo recibe el filamento, y por S la su perfi.cie de éste. La energía que por segundo recibe la unidad fi1c1a ' l · sera,C super

que dice que las cantidades de lnz que dan dos lámparas de incandescencia son próporcionales á las energias que ~onsumen, siempre que la energía por unidad superficial, ó sea la relácio;1 ~, sea la misma para ambas. . . ::; A igualdad de superficie, la cantidad total d.e luz es proporcional al cubo de la energía. Tarnbien se puede dar á la fórrnüla esta otra forrnJ).:

Bajo esta forma se ve claramente que si dos lámparas tienen iguales los valores de la relacion

, ó relacion entre la total energía gas-

tada y la superficie del filamento; las cantidades de luz que respectivamente darán serán proporcionales á las superficies de · 10s dos filamentos. ' del a re1· C no qmere . L a constancia ac10n S

decir otra cosa sino que cada filamento recibe la misma cantidad de energía por unidad superficial. · 5 Si hacernos ciertas con~ideraciones sobre la Y como el brillo, segun los experimentos, es proporcional al cubo de la energía, llaman- . fórmula do k ·un coeficiente nurnéric0 que la experiencia det(!rrninará, tendremos: .

C•

Bnllo = ksa La cantidad de luz total dada por el filamento en cada segundo será el producto del brillo por la superficie S del filamento. Representando por L dicha cantidad de luz, se tendrá: (1) .

Lo cual nos dice que las cantidades de luz dadas -p or dos lámparas de incandescencia son: á igualdad de energía gastada, inversamente, proporcionales á los cuadrados de las superfieie_s de los d'os filamentos. . · Est~ misma fórmula la podremos plantear e11 esta forma :-

parecerá evidentemente falsa. En efecto: to· memos un filamento carbonoso (una lámpara de incandescencia), ·y démosle una cantidad de energía C, capaz solamente de calentarlo al rojo algo luminoso. La cantidad de luz que dará, bajo el consumo C de energía, será la que expresa la fórmula (1). Tornemos otra lámpara cuyo filamento tenga la mitad . de la superficie que el anterior. La cantidad de luz que dará, bajo el mismo consumo de energía C, será: L'

Cª

= k "s•

Dará, pues, cuatro veces más luz que la-primera . Si tomamos una lámpara que tenga una superficie n veces menor que la primera, y lo-

ALUMBRADO ELECtRICO

gramos hacerla funcionar bajo el consumo siempre fijo de energía C, la cantidad de luz que 4ará será:

Y sin necesidad de desmenuzar más la idea, .la sirp.ple inspeccion de la fórmula (1) dice q1:1e las cantidades de luz que dan las lámparás que co_nsumen igual energía, están en razon inversa de los cuadrados de las superficies d·e los' filamentos. Luego, si vamos achicando idealmente la superµcie del filamento, conservancto constante :el consumo de energía, irá creciendo más y más, y con gran rapidez, la cantidad de l1,1z producida, y por tanto la baratura de la unidad de l\lz. Al revés, si la vamos agrandarido, la fórmula dice que tendremos cada vez ménos luz, no ten~endo ninguna cuando la supe¡ficie fuese infinita . . Ninguna de estas conclusiones está conforme con la experiencia; la luz obtenida no es infinita para la superficie pequeñísima; la luz llega á ser nula sin necesidad de exagerar el valor de la superficie S. Resulta, .p.ues, .que la fórmula no es matemática, ni general,. cuyo resultado ya se ha previsto en las consideraciones anteriores. Esta fórmula no _puede aplicarse 'más que entre los límites de lbs' datos en que rros hemos apoyado para dedu~irla; y aun así, dando por supuesto.que no se ha padecido ninguna ofuscacion. ·Podrá aplicarse desde que el filamento empieza á dar -luz, escasa pero medible, hasta que el filame~to se destr.uye por no poder resistir más. Aun entre erns límites ha de ·considerarse la fórmula coml, empíricá, y propia solamente para dar una aproximacion capaz de servir de guia en un camino poco trillado. Si no se ha padecido error, y si la estructura del filamento no tiene importancia apreciable en el fenómeno de la luz eléctrica por incandescencia, un hecho aparece dem.o strado: la convenienda económica de dar al filamento la menor superficie de radiacion posible; en la práctica, esta superficie no podrá reduci;se más de lo que permite la regular duracion de la lámpara.

• Solamente la experiencia puede fijar ese punto crítico. Supongamos que, forzando un poco la lámpara, producimos la misma cantidad de luz gastando un kilográmetro menos de energía por segundo. Y supongamos que por esta causa la lámpara, en véz de durar 1 ,ooo horas ha durado 800. Por un lado habremos ahorrado 800 kilográmetros-hora, cuyo valor es fácil calcular. Por otro hemos perdidp el valor de una lámpara durante 200 horas; hemos perdido 200 lámparas-hora. Si la lámpara v~le por ejemplo diez pesetas, habremos perdido 200

- ·-

1000

X rn

= 2 pesetas..

Si este valor, dos pesetas, es menor que lo que cuesta al fabricante de electricidad los 800 kilográmetros-hora de energía eléctrica, conviene forzar la lámpara; si sucede al revés, entonces no conviene. Si no es mucha la ventaja de forzar la lámpara, el fabricante se inclinará siempre, y aun el consumidor, eh pró de la vida de fa. lámpara. Fijémonos en un tipo determinado de lámpara inc~ndescente, el tipo Swan, por ejemplo. El constructor ó fabricante pueden acep. tar y construir tres ó cuatro modelos de diferen'te_intensidad luminosa; pero todos los · modelos deberán funcionar á la marcha normal. Esta marcha normal está caracterizada y definida por un número constante, fijo; el mismo para todos los modelos. Este número caractertstico, que no depende más que de la fortaleza refractaria del filamento, es

ó sea la energía consumida en cada segundo por milímetro cuadrado de superfici? del fila~ mento. Si hay tres modelos, 1, 2, 3,· cuyas superficies sean como los números 1, 2 y 3, el modelo número 2 gastará doble energía que el I, y el número 3 gastará triple ·e nergía que el 1. Pero tambien el número 2 dará doble luz que el 1, y el 3 dará triple luz que el 1. De .este estudio pare.ce resultar una consecuencia notable: que el grueso del filamento, ó por mejor decir, la cantidad de materia, 'la masa del filamento, no ejerce ningun papel en el fenómeno de la luz electrica. Dos fila-

FÍSICA INDUSTRIAL

óo8

mentas, de igual superficie exterior Ó- ra• potencial para consumir la misma energía que · _diante, el uno macizo y el otro hueco, que el otro. He aquí dos lámparas que - consumen la consumén por segundo la misma cantidad de energía, deberán tener el mismo brillo y dar misma en~rgia, pero que no tienen los misla misma luz. Esta conclusion parece perfec- mos factores para producirla. Una lámpara tamente lógica, dadas las premisas de que se -tiene lo que se llama impropiamente mayor tensi'on que la otra y menor cantidad. · .. parte y la fórmula. Planteemos ahora la éuestion ó problema. Para producir la luz de incandescencia, · ¿se (1) puede indiferentemente suplir la tension por la cantidad, ó viceversa? En una palabra, en la cual para nad.a entra J.,¡:¡ masa del fila- esas dos lámparas que consumen lá" misma mento. Unicamente podria abrigarse duda energía, ¿producirán la misma cantidad de sobre esto si se llegase á demostrar que · en luz? · Si la e~periencia diese una respúesta afirel alumbrado por incándescencia la tension ó el potencial no puede suplir á la cantidad mativa, ai menos entre los límites corrientes de la práctica, no tendría_que modicarse nada de fluido. Esto motiva una cuestion que está aun vír- en lo expuesto antes, porque así sé ha · sugen: éuestion sobre la cual es inútil pensar puesto. Pero, pudiera suceder que la · e·x peni teorizar, sino que ha de consultarse á la riencia dijese que coa viene para la luz ·operar con mucha · tension y poca c·a ntidad, ó al experiencia. Antes de entrar en materia, conviene sen.:. revés. Aclarado este punto por lo que respecta á tar ciertos precedentes. Sup""<mgamos que tela produccion de la luz, habría que estudiar nemos dos filament0s de la misma superficie exterior ó radiante, y que por tanto han de la misma cuestion bajo el punto de vista de la ' consumir la misma energía en su marcha duracion de la lámpara. De varias lámparas incandeséentes sujetas normal. Como en general no ofrecerán la energía por segundo y misma resistencia eléctrica á la corriente, ni á un consumo fijo han de consumír la misma energía, es claro de igual superficie, ¿cuál" durará más? .¿La que ·que no pueden ser iguales las intensidades de trabaje á poca tension y mucha· cantidad ó al revés? De otro modo: ¿durará más la de las corrientes que ambos necesitan. Representando por R y por I la resistencia mayor resistencia eléctrica ó la de menor? La experiencia• lo ha de aclarar tambien. eléctrica y la intensidad del primer filamento, PIÚNCIPIO DE LA INCANDESCENci¡: - Cuando y por é i las misi;nas cosas para el segundo, se hace pasar una c9rriente por un conductor tendremos la ecuacion de pequeño diámetro, es fácil comprobar que RI•=ri'• (5) se calienta. La cantidad de calórico producido que dice que el filamento que tenga mayor es, sin -·e mbargo, muy variable; si el conducresistencia eléctrica deberá en compensacion tor tiene bastante resistencia y está recorrido ser , alimentado ·por m·enor corriente. Lla- por una corriente suficientemente intensa, mando E la diferencia de potenciales ·con- podrá alcanzar una temperatura _elevada y sumida por el primer filamento, y e la del pasar á ser luminoso. Tal es el pi·incipio de segundo, la misma ecuacion (5) se puede eslas lámparas de incandescencia•. Estas se componen pues, esencialmente, de un conductor .cribir así: · llevado al rojo blanco por el paso de una cor' (6) EI=et'. riente. · S,u pongamos que R es mayor que r. La · Veamos ahora cuáles son las condiciones ecuacion (5) nos dice entonces que i > I; y la que pueden facilitar la elevacion de tempera-tura. · ·· ·· · (6) nos dice que E> e. M'.EDIDA DEL CALÓRICO PRODUCIDO EN LOS De modo que el filamento que tenga mayor resistencia eléctrica, tiene que gastar mayor CONDUCTORES WATTS YJOULES .-La ley de Joule

ALUMBR:J.DO ELÉCTRÍco

indica que la cantidad. de calórico desprendido durante un tiempo t en un con.ductor de resistencia R, es proporcional á este tiempo, á la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de la corriente. En el sistema de unidades actuales, esta cantidad de calórico será:

W = RI•t Si llamamos ~ la diferencia de potencial entre los dos ext..remos del conductor, se tendrá segun la ley de Ohm:

. de donde

W=dt Debemos advertir que no se confunda E con la fuerza electro-motriz E de la pila; cuando .la pila está abierta, y tan solo en este caso, la fuerza electro-motriz es igual á la diferencia de potencial entre los dos polos; cuando el _circuíto está cerrado por un conductor, vá decreciendo el potencial de un modo continuo y regular en el circuíto exterior, desde el polo positivo hasta el polo negativo. Representamos aquí por e la diferencia de potencial entre los dos extremos del conductor considerado, el cual ordinariamente sólo forma una parte del circuíto exterior. Volvi_endo al caso que nos ocupa, sabemos además que una corriente que tenga una intensidad I representada en amperes, consume I coulombs por segundo: I t representa el número d~ coulombs que han atravesado el conductor durante el tiempo considerado; sea Q esta cantidad, y se tiene:

W=Q E Podemos desde luego medir la cantidad de calóri~ desprendido por el conductor en un _tiempo dado, multiplicando la diferencia de potencial en sus dos extremos, representada en volt~, por el número de coulombs consumidos en este tiempo. El resultado estará representado en unidades especiales, llamadas voltcoulombs ó joules. El calórico desprendido corresponde evidentemente al consumo de una cantidad igual de trabajo ó de energia eléctrica, y es tan sólo una de las numerosas transformaciones que puede experimentar esta FÍSICA UW.

eneríga. El joule, es pues, la unidad de trabajo eléctrico. Es evidente que se obtendrá, en igualdad de circunstancias, una elevacion de temperatura, y por consigutente, una potencia luminosa, tanto más considerable, cuanto mayor sea el número de joules suministrados en un tiempo dado, en un segundo, por ejemplo. Luego, en un segundo, la cantidad de calórico desprendido será:

W=d=q e El número q de coulombs que atraviesa el conductor en un segundo, es por definicion igual á la intensidad I en amperes . Se llama, pues, potencia de una lámpara el producto de la diferencia potencial en volts en los dos extremos del conductor, por la intensidad de la corriente en .amperes. Esta potencia se representa en volt-amperes ó en watts. Así, entre el watt y el joule hay la misma relacion que entre el ampere y el coulomb .. El joule es la cantidad de trabajo producido en un segundo por una potencia de un watt; el coulomb es la cantidad de electricidad producida en un segundo por una intensidad de un ampere. El núm~ro de joules producidos en un segundo es igual al número de watts que representa la potencia, así como el número de coulombs producidos en este tiempo es igual al número de amperes que rnpresenta la intensidad. La potencia es, en cierto modo, la ·intensidad del trabajo. De ahí resulta que se conocerá la potencia de una lámpara eléctrica cuando se haya determinado la intensidad de la corriente que le sea conveniente, y la diferencia de potencial que exista entre sus extremos, cuando estén recorridos por esta corriente. Por lo demás, observaremos que el conocimiento de la intensidad y de la resistencia de la lámpara permiten calcular fácilmente la diferencia de potencial. RENDIMIENTO ÓPTICO DE LAS LÁMPARAS DE IN-

CANDESCENCIA.-Acabamos de hallar la medida de la energía gastada en una lámpara, en forma de calor, la mayor parte de esta energía sólo engendra rayos caloríficos oscuros y el efecto luminoso sólo se debe á la pequeña porcion que queda . Se llama rendúniento óptico la relacjon enr. µ. - 77

FÍSICA INDUSTRIAL 6ro tre la cantidad de energía transforma da en tensidad de ro bujías, y de 125 milímetros radiaciones luminosas y la cant.1,dad total gas- para una_intensidad de 16 bujías. Los de la lámpara Maxim de 16 bujías, tietada en una lámpara. Este rendimient o varía una longitud de 113 milímetros y una nen prela y ,evidentem ente segun la naturaleza páracion del filamento; es siempre muy débil seccion de 0'5 milímetros por o' 1. Se puede y está comprendi do entre 4 y 6 por rno. A conservar la misma luz variando la longitud pesar de su insignificante valo.r, es aun mayor y la seccion, -siempre que la superficie exteque el de los demás focos artificiales: así, el rior permanezc a constante. Los carbones delrendimient o de una llama de gas es de 4 por gados y largos están, como se comprende , rno; el de una lámpara de aceite 3 por rno. más expuestos á romperse. INCANDESCE NCIA EN EL AIRE Y EN EL YACIO.El arco voltáico es el foco que da el rendimiento más elevado, puesto que alcanza el Entré todas las _luces artificiales, la luz eléctrica es la única que no se debe á una comIO por IOO. bustion y sí sólo á una gran elevacion de VEN.TAJA DEL CARBON SOBRE EL PLATINO. Para que un conductor presente una resisten- temperatur a; desde :luego no necesita el concia suficiente y se caliente con facilidad, es - tacto del aire y puede producirse tanto en un · muy útil que tenga poco diámetro. Los me- gas inerte como en el vacío. Sin embargo, se tales y el carbon son lo¡; conductore s que de han hecho tambi•e n lámparas incandesce ntes ordinario se emplean, por prestarse á esta conpara el aire libre; en cuyo caso, llevado el cardicion. Al principio se construían lámparas bon á una alta temperatur a, · quema con exde incandescencia con filamento de carbon ó traordinari a rapidez, de modo que, si se desea de platino; mas este último se abandonó luego, obtener luz durante algunas horas, deben empor las mayores ventajas que presenta sobre plearse carbones de mucha longitud y 4e gran él el carbon; substancia infusible, ~ientras diámetro. De ahí la necesidad de emplear apaque el platino en forma de alambre funde con ratos bastante complicados y de renovar el la mayor facilidad. Es además menos concarbon con frecuencia; todo lo cual ha hecho ductor, de suerte que, á igualdad de dimen- abandonar completam ente· la incandescencia siones y de intensidad, desprende mayor canal aire libre. Tambien se ha ensayado encerrar los cartidad de calórico. Tiene muy poco calórico específico y, por consiguiente, se calienta más bones en un gas inerte; pero es más sencillo para una misma cantidad de calor. Por últi- y más ventajoso colocarles en el vacío. LÁMPARA RENIER. - Aunque la incandesmo, á la misma temperatur a, tiene mayor potencia radiante, y por lo mismo es más lu- cencia al aire libre se haya absolutame nte minoso que el platino. El iridio y el platino- abandonad o hoy día, daremos á conocer ráiridio se han ensayado tambien, p~ro sin me- pidamente el principio de cierto número de lámparas que utilizan esta propiedad, las cuales jores resultados. ;_ se conocen con el nombre de lámparas de conCARBON DE DIMENSIONE S DE LOS FILAMENTOS -El diámetro de los filamentos de carbon tacto imperfecto. Este principio, indicado por empleados varía segun los sistemas, puesto Varley en 1876, Jo aplicaron Reynier, Werque depende de su resistencia que á su vez dermann, Ducretet y otros. Estas lámparas varía segun su naturaleza, y del brillo lumi- se comppnían de dos carbones, grueso y corto noso que se quiere obtener para una inten- el uno, y largo y delgado el otro. Este último sidad de corriente dada. La forma redonda se calentaba tan sólo para hacerse luminoso. es la que generalme nte se prefiere, y no la En el punto de contacto se forma al mismo cuadrada, porque á igualdad de superficie ex- tiempo un pequeño arco cuyo brillo se suma terior ofrece mayor resistencia. En cuanto al del carbon incandescente. La fig. 332 representa el iJltimo modelo de á su longitud, aumenta necesariam ente con la intensidad luminosa que debe dar la lámpara. la lámpara Reynier, susceptible de poderse Los filamentos de las lámparas Edisson tie- colgar. El car bon delgado resbala por un tubo nen una seccion q.e 0'3 milímetros por o'r, y metálico amedida que se quema y está manuna _longitud de 110 milímetros, para una in- tenido por su peso en contacto permanent e

61 l

ALUMBRADO ELÉCTRieo con el carbon inferior; un contacto lateral móvil conduce la corriente al carbon superior y limita la longitud que se quiere hacer incandescente. El mecanismo está cubierto con un globo de vidrio. Lámparas de incandescencia. en el va.cío.

PRIMEROS ENSAYOS. -Los primeros ensayos de incandescencia, ó por mejor decir, las primeras lámparas privilegiadas de ésta clase, remontan á 1841, época en la cual Moleyus encerró en una ampolla de vidrio perfectamente cerrada, una espiral de platino, uno de cuyos extremos estaba cubierto de polvo de éarbon. Al atravesar la corriente el hilo de platino lo llevaba á la incandescencia. Chaugy emprendió con el mismo objeto sus estudios que le condujeron á abandonar el platino para adoptar las fibras carbonosas que luego se han utilizado en la práctica. En 1845, King, obtuvo privilegio en Inglaterra para una lámpara de carbon que ha ido perfeccionando, hasta que en 1873, ya se iniciaron progresos muy notables sobre este particular. En esta época, Lodyguine in ventó una nueva lámpara, sobre la cual desarrolla las siguientes consideraciones : «1. ª Mi lámpara, dice, comparada con las de arco voltáico, debe dar más luz á igual cantidad de corriente, ó gastar menos corriente, produciendo una luz equivalente. _ 2." El empleo de un carbon, delgado y muy largo, incandescente en toda su longitud, permitirá, fraccionando el carbon en varios pedazos, dividir la luz hasta un grado muy considerable. 3." Con esta lámpara se podrá realizar una gran economia, por una parte en el material, por cuanto el carbon no se quemará; y por otra parte en los gastos de construccion, por no tener ,que emplearse reguladores, muy complicados y de mecanismos análogos; además, el manejo del aparato es más fácil y la luz más constante.» Hé aquí el principio µel empleo de un carbon delgado y largo. Posteriormente se han multiplicado los procedimientos, y las lámparas de incandescencia no han sido v'erdaderamente prácticas más que en 1880.

LÁMPARAS EmssoN.-La lámpara Edisson (fig. 333) comprende cuatro partes : , 1.ª Un filamento de carbon enrollado; 2. ª U na ampolla de vidrio; 3." Dos hilos de platino que retienen el carbon. 4.' Unas pinzas que sirven para fijar la lámpara en su soporte. Despues de varias tentativas, eligió Edisson para fabricar los filamentos de carbon de sus lámparas, las fibras de bambú del Japon. Los bambúes de tres años son los preferidos, á los cuales se arrancan las fibras exteriores, que se van adelgazando y cortan mecánicamente para formar hebras de 10 á 12 centímetros de largo por un milímetro de grueso. En los extremos se deja mayor grueso para que amarren bien los hilos de platino. La carbonizacion tiene lugar en moldes metálicos herméticamente cerrados, que se revisten de plombagina para impedir el contacto con el aire exterior. Los filamentos de bambú, curvados en moldes de nikel que les dan la forma definitiva, se someten á la accion del calor. Despues de cocidos, se les deja enfriar lentamente. A los hilos de platino se sueldan dos pequeñas pinzas de cobre que reciben los extremos del filamento de carbon; se hace el contacto más íntimo por medio de un depósito de cobre aplicado galvano-plásticamenJe. Los hilos de platino se colocan en un tubo de vidrio, de suficientes dimensiones para que cierre el orificio inferior de la lámpara. Colocados el filamento de carbon y los hilos de platino en la ampolla, se suelda el tubo de vidrio al soplete y así queda herméticamente cerrada la parte inferior de la lámpara. La parte superior de la ampolla termina por un tubo llamado á desaparecer, pero indispensable para operar el vacío al interior del recipiente; por medio de este tubo se fija la lámpara á una bomba de mercurio de Sprengel de accion contínua. El vacío debe ser tan perfecto como sea posible para que asegure la duracion del filamento de carbon, que se consumiría rápidamente por poca que fuese la cantidad de aire con-.. . tenido. Al alcanzar el vacío cierto grado, se hacen

FÍSICA INDUSTRIAL

salir los gases que pueda contener el filamento, haciendo pasar una corriente cuya energía se aumenta gradualmente á medida que aquél es más y más completo. El tubo de comunicacion con la bomba se corta luego con el soplete y cerrada así definitivamente la lámpara se la coloca en su montura. Las figs. 334 y 335 representan, la una una montura simple, la otra una montura con llave que, por el simple juego de ésta, permite apagar ó encender la lámpara. La ampolla de vidrio está fija con yeso á la montura. Las figs. 336 y 337 representan los detalles de 'la montura y el mecanismo de la llave. Los cabos libres de los hilos de platino, entregados en la masa de yeso que forma el zócalo de la lámpara, están ligados á dos pinzas de cobre E, D, aisladas una de otra. La pieza E tiene labrado un paso de rosca; la pieza D está entregada horizontalmente en la masa de yeso. El paso de rosca F establece la comunicacion con E; C se aplica á D; las partes M y L, de materia aislante, impiden la comunicacion eléctrica entre las dos armaduras unidas á los hilos de platino, y tambien con la montura exterior que es de metal. Las lámparas se roscan en espigas que contienen los hilos conductores de la corriente, espigas que pueden formar parte de los aparatos y afectar las formas más elegantes. Si la montura es simple, uno de los hilos está unido por presion á" la armadura F, el otro á la armadura C ; de este modo la corriente atraviesa el filamento de carbon. En la montura de llave, representada en seccion por la fig. 337, uno de los hilos conductores está interrumpido, y sus dos secciones van á parar á dos piezas, aisladas una de otra, que constituyen como una especie de embudo interrumpido. La llave está terminada por un cilindro hendido cuyas dos partes están mantenidas separadas por un resorte, y los extremos son troco-cónjcos. La espiga de la llave está retenida en un tubo que contiene un resorte provisto de una ranura helizoidal en donde se mueve la cabeza de un tornillo fijo á la espiga de la llave; esta ranura se apoya en un diente de paro .

Moviendo la llave de derecha á izquierda, el tornillo avanza á lo largo de la ranura helizoidal hasta el d!ente de paso; el resorte se estira, la parte troco-cónica de la llave se aproxima á las piezas aisladas, establece la comunicacion entre estas dos piezas, circula la corriente á través del filamento de carbon y se enciende la lámpara. Un movimiento de izquierda á derecha suelta la cabeza del tornillo, se afloja el resorte, impulsa hácia el frente la espiga de la llave y la lámpara se apaga. Las monturas de llave más modernas descansan en el mismo principio, solo que se han reducido todos los órganos para dar me- · nos volúmen al aparato. El problema que se resuelve consiste siempre en asegurar un buen contacto á las piezas de interrupcion, y una ruptura rápida de la corriente, independiente, si así puede. decirse, de la mayor ó menor destreza del operario en dar vuelta á la llave. Las figs. 338 y 339 representan dos brazos ó ménsulas simples y la fig. 340 una suspension doble. Las figs. 341, 342 y 343 representan varias disposiciones muy elegantes de estas lámparas Edisson. Las figs. 344 y 345 representan la disposi cion de una lámpara-ménsula articulada. Cada articulacion está formáda por un cilindro de materia aislante, que gira al rededor de su eje y está provisto de dos anillos de laton en donde terminan los hilos conductores de la lámpara;_los que conducen la corriente están unidos á unos muelles planos que ejercen presion en los anillos. Una llave análoga á la ya esplicada está unida á la articulacion más próxima al muro (figura·345) y hace así muy cómodo el alumbrado y extensión de la lámpara. La lámpara Edisson dura de 600 á 1,200 horas. -Edisson hace el vacío hasta una millonésima de atmósfera. Generalmente, Edisson construye dos cla'ses de lámparas: el tipo A y el tipo B. El tipo A es de filamento largo y el B de filamento corto. Los resultados que dan son los siguientes:

ALUMBRADO ELECTRICO

POTENCIA

TlPOS

luminosa .

RESISTENCIA EN OMHS Diferencia de poten~ en los bornes. en fria, en caliente. dales

Corriente en amperes.

Energía eléctrica consumida Bujías producidas por lámpara en ca ballos . por caballo.

100

0'88

0'0604

r32

2 57

145

105

0'72

0'1019

1 57

Para hacer una instalacion se cuenta sobre 8 lámparas A ó 16 lámparas B por caballo, lo cual equivale á 16 carcels por caballo. Para que se vea como varía la duracion de una lámpara con la diferencia de potenciales entre sus bornes, pondremos aquí los resultados obtenidos por el mismo Edisson, sobre una lámpara A que debía funcionará 100 volts. r

Haciéndola funcionar á 95 volts duró 3,595 horas. )) » » 2,75 r )) 96 )) )} :r » » 2, I 35 >> 97 2 » » 1,645 )) » 98 )) » 1,277 )} » 99 )} )) )) » » roo r,ooo )) )) 2 l01 » » 785 » )) )} 601 102 )) » 2 )) » 2 2 IOJ » 477 )) )) 2 » ro4 375 » )} )) 2 » 284 )) 105

Aquí se ve la grande influencia en la duracion de la lámpara que tenga un volt más ó menos, esto es, un cámbio de r por roo solamente en el potencial que absorbe la lámpara. La lámpara duró 3,595 horas trabaja~do á 95 voits; mas no se crea que esta duracion tan grande sea una ventaja, porque ya se ha dicho que la luz que da una lámpara de incandescencia disminuye en gran manera cuando disminuye muy poco la energía que la alimenta; de modo que lo que se gana ó ahorra en duracion de la lámpara, se pierde con creces en luz. De aquí la necesidad de atenerse al potencial marcado por el constructor, sin pecar por exceso, porque duraría poco la lámpara, y sin pecar por defecto porque se tendría poca luz. En las fábricas de lámparas de incandescencia se miden las resistencias de éstas una por una antes de entregarlas á la venta. Como generalmente estas lámparas se ponen en derivacion, es preciso que todas tengan sensiblemente la misma resistencia, ya que la diferencia de potenciales es dada por '

la instalacion misma, esto es, por el mismo dinamo que las alimenta todas. Lampara Lane-Fox. - El carbon de esta lámpara está constituido por filamentos de abedul ó de grama. Las fibras de grama se impregnan de potasa cáustica. Una primera cochura practicada en moldes de plombagina llevados aJ calor blanco, les da la forma de herradura. Con una segunda cochura penetran en sus poros partículas de carbon que, deponiéndose en las partes más delgadas, las consolidan. Estas partículas se toman en una atmósfera de benzola que se descompone haciendo incandescentes las fibras por el paso de una corriente intensa. La un.ion del filamento de carbon con los hilos de platino es bastante complicada: los extremos del filamento se introducen en cilindros de plombagina e e (fig. 346) y se les embadurna con tinta china; estos cilindros de plombagit)a se adaptan, además, á dos hilos de platino situaaos en un recipiente de vidrio, provisto de tubuladuras a, a, que forman bola en su centro lleno de mercurio, en· el cual se sumergen los hilos destinados á establecer la un.ion con la toma de la corriente. Sobre el mercurio se coloca algodon en rama muy comprimido y encima un tapan de yeso que cierra la lámpara, Para practicar el vacío en la ampolla, ya no se emplea la bomba Sprengel. Lane-Fox emplea un instrumento inventaao por él. Los vidrios de estas lámparas se esmerilan generalmente, ó se las guarnece con una pantalla opaca. Lámpara Maxim.-Lo que ha de ser el filamento se recorta de una hoja de cartulinabristol dándole la forma de una M. Esta M sufre la carbonizacion fuera del contacto del aire. Los extremos de la M son algo reforzados: se cojen con las piezas terminales de los hilos de platino y se acaba la operacion en la ampolla como ya se ha dicho. Se hace

6t4

FÍSICA INDUSTRIAL

pasar por la ampolla una corriente de gas muy carburado (gasolina) y por el filamento una corriente eléctrica que lo calienta al rojo. A esta temperatura la gasolina se descompone y va depositando carbono puro sobre el filamento; con la particularidad, segun asegura Maxim, de que el carbono se precipita principalmen te allí donde el filamento presenta puntos más flacos ó delgados, los cuales quedan reforzados con el depósito, y aquél queda con una seccion uniforme en todo su largo. El depósito se verifica principalmen te en los puntos endebles, porque estos son los que más alta tempera tura toman por el paso de la corriente; y toman mayor temperatura porque ofrecen mayor resistencia á la corriente y menor superficie á la radiacion calorífica. El depósito carbonoso resiste muy bien despues á la accion disgregante de. la corriente que ha de alimentar la lámpara. Terminada esta operacion se hace el vacío en la lámpara; despues se dejan entrar nuevamente los vapores de la gasolina y se repite el vacío. La fig. 347 representa una lámpara Maxim con su montura y su soporte-cónso la. La llave que va en la montura tiene por objeto romper ó cerrar el circuíto de esta lámpara. Si la lámpara funciona con otras varias, como es lo corriente, y todas en derivacion, puede apagarse una sin que esto influya notablemente en las otras, como suceiie con un mechero de gas. Lámpara Swan.-Swan emplea para construir su filamento un hilo de algodon apergaminado por su. inmersion en el ácido sulfúrico. Este hilo se carboniza despues al abrigo del aire. La forma del filamento puede verse en las figs. 348 y 349. Viene á formar un arco de herradura, pero en la parte alta hace una vuelta completa que no está en el mismo plano, formando una especie d~ bucle ó rizo. Los tornillos-apre hensores de · los hilos conductores de la corriente, ·ó sean _los bornes de la lámpara, están representados en la montura. La fig. 348 representa la lámpara, separada de su montura que está abajo, y la fig. 349 la lámpara montada ó puesta en su pié. En la primera se ve como los hilos de platino que

salen de la ampolla llevan dos presillas. Estas dos presillas se enganchan respectivamen te en dos corchetes que hay dentro de la montura, cuyos corchetes comunican cada uno con el borne de la lámpara que le corresponde. El resorte en espiral está empujado ' constantemen te hácia arriba á la ampolla, Y, este esfuerzo asegura el buen contacto entre los corchete~ y las presillas. Finalmente, la montura termina inferiC?rmente por una rosca que sirve para atornillarla al soporte, cónsola, candelabro ó lo que sea. La fig. 350 representa un grupo de tres lámparas sostenidas por una cónsola ó soporte. Las ampollas tienen forma de bellotas, y constituyen un modelo propio para teatros ó salones donde se quiera un alumbrado espléndido. Las lámparas de incandescencia, de cualquier forma que sean, se prestán admirablemente al decorado y á las obras artísticas, por su sencillez, fijeza, elegancia y limpieza, así como por la luz dorada y agradable que emite. Lámpara Gerard.-Est a se diferencia de las anteriores en que no hay carbonizacion de substancia vegetal para hacer el filamento. Este se forma con cok muy puro reducido á polvo finísimo, con el cual y goma se hace una pasta que se pasa á la hilera bajo una fuerte presion. Los filamentos son barritas rectas muy delgadas. Dos de estas barritas se unen formando un ángulo como una V invertida. Las. barrit~s se unen en el ángulo con un poco de la misma pasta de carbon. Las lámparas de Gerard son de poco potencial, de 16 á 50 volts y absorben 3 watts por bujía producida. En cambio absorben mucha corriente. Gerarci construye un tipo de gran potencia de unas 800 bujías, que equivale á un arco voltáico. Lámpara Weston.-El filamento de las lámparas Weston guarda cierta analogía con el de las lámparas Maxim, si bien su fabricacion es más complicada. La substancia empleada recibe del inventor el nombre de tam_idina; es una mezcla de alcanfor y de alg odon fulminanti; forma una especie de celuloide que se trata con el sulfato de amoníaco.

ALUMBRADO ELÉCTRICO

Las hojas así obtenidas se cortan en forma sinuosa particular; se las carboniza luego á un alta temperatura. Los extremos de estas hebras son más gruesos para poderlos unir facilmente á los hilos de platino conductores de la corriente. Salvo algunas insignificantes módificaciones, se prooede como en los sistemas precedentes tanto para hacer el vacío como para purgar las lámparas, haciendo pasar una corriente por el carbon durante el enrarecimiento del aire. - La montura tiene una llave para el alumbrado y la extincion, corno las lámparas Edisson y otras. Lámpara Cruto.-Unos pretenden que el filamento de carbon de esta lámpara es hueco y otros que no lo es. Examinado por Fontaine con el microscopio, no vió en él ningun indicio de agujero. De todos modos, sea ó no tubular, la fibra está formada por un hilo de platino de -

1 100

de milímetro de diámetro que

se volatiliza en una atmósfera de bicarburo de .hidrógeno y que, á causa de descomposiciones sucesivas, se va cubriendo con capas concéntricas de carbon, que adquieren un diámetro de 0'15 milímetros. El hilo de platino desaparece, y deja D no un agujero en el centro del cilindro de carbono. Antes de la carbonizacion es talmente flexible el hilo de platino, que hay necesidad de tomar ciertas pre~auciones particulares para darle la forrga que debe conservar. Esta forma es la de una V, obtenida por medio de un pequeño corchete de platino . que se adapta al vértice d·e1 ángulo. Todas las ampollas de las lámparas de incandescencia están provistas de un tubo que permite fijarlas á la bomba para practicar en e!las el vacío y que se suprime luego. En la lámpara Cruto, este .tubo sirve para introducir el corchete de que acabamos de hablar; gancho que se suelda despues en la masa de vidrio en el instante de cerrar la lámpara. En cuanto al procedimiento para unir el filamento con los hilos conductores, se verifica por medio de tubos de platino de 2 á 3 décimas de milímetro de diámetro y de upa soldadura de esmalte. Hoy dia fabrica Cruto los filamentos de sus lámparas del modo siguiente:

Filtra una disolucion de 80 gramos de azúcar en 100 gramos de agua destilada y añade otros roo grámos de agua durante la filtracion. A esta disolucion se añaden 300 gramos de ácido sulfúrico, gota á gota y lentamente, una gota por segundo, agitando constantemente la materia, qua se espesa mucho y toma un tinte rojo opaco. Se deja que descanse durante doce horas, en vaso cerrado, se le añaden gota á gott y lentamente de 300 á 400 gramos de agua, removiéndolo todo constantemente, y una vez enfriada la mezcla, se la vierte en un recipiente de unos 6 litros de capacidad, añadiendo agua poco á poco hasta que señale dos grados en el areómetro de Baumé. Se filtra hasta que la materia adquiera suficiente consistencia para aplanarla sobre una placa de vidrio con un rodillo de cauchú. Para expeler el aire de esta pasta, se la introduce en un cilindro cerrado por un extremo con un pistan y por el otro con un tapon de cauchú, el cual se pone en comunicacion con una bomba pneumática. Se estruja la pasta con el pistan mientras se hace el vacío, hasta que adquiera la suficiente plasticidad. Los filamentos se obtienen pasando esta pasta por una hilera. Se les seca al aire, luego á rqo grados y, por último se les calina en unos moldes lleños de polvo de carbon al abrigo del aire, de los cuales se les saca para colocarles en las lámparas. Lámpara Woodhouse y Rawson. - Estas lámparas (fig. 35.1) son notables por su montura y por la economía de energía. El filamento dicen que está hecho por un depósito carbonoso precipitado no se sabe exactamente cómo, porque es un secreto hasta hoy. El filamento es extraordinariamente duro, perfectamente homogéneo y muy elástico. Está montado en alambres de platino de suficiente d1ámetro para que resistan la temperatura y no introduzcan en el circuíto una resistencia anormal. La montura de la lámpara está formada de una materia muy dura, muy aislante, inatacable por el agua y los ácidos, que se conoce con el nombre de vitrita . Esta montura se adapta, con cierre de bayoneta, á un soporte de latan con ó sin llave. Se construyen tarnbien lámparas de esta

PÍSICA INDUSTRIAL

clase con dos filamentos que un conmutador permite agrupar en série ó e~ derivacion, facilitando así el graduar la intensidad luminosa. Et1 ciertos tipos, la mitad de la superficie de la ampolla está plateada y forma reflector que proyecta la luz en la direccion que se quiera, por cuyo motivo es muy apropiada para ·salas de billar, para las esquinas, de las calles para vagones de ferrocarril, etc. Estas lámparas consumen de 2'5 á J wats por bujía. Los constructores garantizan una duracion de 1,000 horas. Hé aquí el cuadro relativo á estas lámparas. Intensidad lu minosa en bujías .

Potencial que absorbe en volts .

50 20 lí

de 18 á r 10 -

JS 35 18 20 -

Corriente en amperes.

de 2'6 á

1I 5 1 ro 100 )O

l'J r' o 1·4 1 -

I ')5 0'5 0' 4

o'35 0'6 5

Lámpara Thomson-Houston..-Estas lámparas pueden montarse en série y los inventores han· tratado de dificultar la extincion completa de un circuíto producido por la rotura del filamento de una sola lámpara. Para ello los hilos de platino se cruzan y se tocan al romperse el filamento de carbon, con lo cual se restablece el circuíto y, para mayor seguridad, se adapta al soporte un muelle aisladQ por una hoja de papel impregnado de aceite. En este caso, por no poder pasar lacorriente al interior de la lámpara, el papel se quema, y apoyando entonces el muelle enla montura metálica restablece el circuíto. Lámpara Dick y Kennedy . -La disposicion de esta lámpara consiste en cerrar automáticamente el circuíto por el mismo filamento de carbon, en el momento de la ruptura. De los dos hilos que sostienen el filamento de carbon, el uno forma rizo ó bucle y, articulado el otro en visagra, lleva un apéndice curvado á ángulo recto, que se introduce en el rizo sin tocarle. Al romperse el filamento, el apéndice curvado balancea, se apoya en el rizo y cierra el circuíto.

El filamento de carbon es grueso y corto, ofreciendo una resistencia que no baja de 20 á 60 ohms por centímetro. La fibra con que se le fabrica está introducida en up. tubo de cobre que se estira para calibrarla. Colocada despues en una mufla y llevada al rojo blanco, se la carboniza al abrigo del aire; por último se le quita su envoltura de cobre disolviéndola. Una vez carbonizada la fibra, se la lava, se la seca y se le quitan los restos de hidrógeno que conserva tratándola con el cloro. Lámpara Mourlon-Nothomb.-La fig.. 352 representa el tipo A. Consiste en una ampolla de vidrio en donde se ha hecho el vacío, dejando entrar despues en ella gas ázoe, ó hidrógeno ó cualquier otro gas inerte, esto es, que no ejerza accion alguna sobre el carbono. La parte de la lámpara que ha de elevarse á la incandescencia está formada por un filamento de celulosa carbonizada dentro de una atmósfera de hidrocarburo; la celulosa está, por lo tanto, impregnada de carbono. Este procedimiento permite dar al filamento las siguientes dimensiones: Ancho = o'oor metros Espesor= 0'0004 >) La longitud del filamento depende de la intensidad luminosa que se desea obtener. (Todos los filamentos de un sistema dado, deben elevarse á la más alta temperatura posible, compatible con su duracion, pero la misma para todos. Así, la resistencia eléctrica del filamento, siendo constante la seccion transversal, es proporcional á la longitud; el trabajo gastado por segundo R I', es proporclonal á R resistencia del filamento, ó á la longitud, puesto que I es constante. El número de volts consumidos es proporcional á R ó á la longitud. La luz producida es, pues, proporcional á la longitud del filamento). El carbon está fijado á dos conductores de cobre, por medio de un cemento especial. Para asegurar un contacto perfecto, los conductores dan algunas vueltas en espiral al rededor del carbon. Dicho contacto va consolidado por el cemento. El cemento se compone de una mezcla de platino y de una materia orgánica, melaza ó azúcar, la cual, carbonizándose produce un carbon muy duro y compacto.

6r7

ALUMBRADO ELÉCTRICO

La union del filamento· carbonoso al hilo , conductor es, pues, tan intima como es posible. Los hilos conductores de cobre se terminan por dos trozos de. hilos de platino que salen de la ampolla formando dos argollas, destinadas á engancharse en los dos gancños del soporte de la lámpara, soporte análogo al de la lámpara Swan. Tambien se sueldan á las argollas de platino los hilos de cobre que comqnican con los dos bornes de un soporte de made~a ó de metal en el cual va fijada la lámpara, como lo indica la fig. 352. La lámpara,· constituida como se acaba de explicar, tiene una duracion mínima de 800 á 1,006 horas. · La potencia l_uminosa es de 30, 50 y 100 bujías y pueden alimentarse hasta 300 bujías. De_ aquí cuatro categorías principales de lámparas Nothomb, que llevan los distintivos A, B, C, D, clasificadas segun sus intensi.: dades. La categoría A (fig. 352) comprende las lámparas dé una intensidad luminosa de 25 á 30 bujías, que exigen una tension (potencial) de 45 volts, y un mínimo de corriente de 0'90 á I amperes. Su resistencia en frio es 19 á 24 ohms. Los tipos B y C, de 50 á 100 bujías, cuyas ampollas son más grandes, exigen respectivamente un potencial de 70 á-100 volts, una corriente de 2'6 á 3 amperes y tienen una resistencia en frio de 37 á 60 ohms. La fig. 353 representa una cónsola de la cual penden tres de estas lámparas. El tipo P, (fig. 354),· muy poderoso, lleva tres filamentos carbonosos en la misma ampolla, los cuales pueden disponerse en tension ó/en cantidad: lo primero, haciendo que una corriente de 300 volts recorra sucesivamente los tres filamentos; lo segundo, dividiendo ó derivando una corriente de 100 volts en tres partes iguales, cada una de las cuales - recorra su filamento. En el primer caso cada filamel).to consume el desnivel eléctrico de 100 volts, y lo mismó pas:;i. en el segundo. La intensidad de la corriente para esta poderosa lámpara es de 8 á 9 amperes. Se observará que en las figs. 352 y 354, los carbones afectan la forma de herradura; pero el inventor no la acepta exclusivamente, é infíswA IND.

dican otras, entre ellas la forma de espiral, que tan buenos resultados ha dado. En los ensayos que hasta aquí se han hecho, las lámparas Nothomb funcionan con todos los modelos de máquinas dinamo-eléctr~cas de corriente coµtinua ó de corriente alternativa, asi como con toda clase de acumuladores, del mismo !llOdo que las lámparas Maxim, Edisson y Swan. Las lámparas Nothomb se p; estan tambien á todas las combinaciones de alumbrados. La fig. 355 representa un modelo para mesas de billar. Lámpara Bernstein .-Be_rnstein ha imaginado lámparas de pequeña resistencia (0'7 á 1'4 ohm) destinadas á montarlas en série y que, en estas condicione~, dan un rendimiento luminoso de 18 á 50 bujías, y tienen bastante d~racion. Se puede montar hasta 250 .de ellas en série siempre que la fuerza electro~motriz alcance. 2,000 volts. Uno de los modelos más modernos, representado en la fig. 356, en forma de suspension, ·. está formado por un hilo grueso de carbón que· se ve colocado horizontalmente en las ampollas. Está sujeto por sus extremos á irnos alambres de cobre arqueados que se unen á unos hilos de platino . Por su disposicion en série, la. ruptura de un filamento de carbon motivaría la extincion de todas las lámparas de un mismo circuito. Para prevenir esta eventualidad, cada lámpara está provista de una disposicion especial que la pone en corto cin::uíto ,- así que se produce la rotura. Consiste en una cÍavija fusi•ble, de gran resistencia, que levanta un resorte y no deja pasar, en tiempo normal, mas que una pequeña derivacion de la corriente. Cuando la -intensidad de la corriente es excesiva en el circuíto, la clavija se funde ; y el resorte entonces pone en comU:nicacion directa los dos conductores que alimentan la lámpara . Se ven las cabezas de estas clavijas s·o bre los botones de los brazos del aparato. Recientemente, Bernstein ha imaginado un procedimiento más se¿cillo para poner estas lámparas en corte circuíto. Los hilos que soportan el filamento están muy aproxi,:nados en cierto punto, en el cual llevan unos contac- _ tos metálicos. Más abajo, cada uno de ellos atraviesa una envolvente aislante. Estas dos T. 11. 78 1

618

FÍsrc'A INDUSTRIAL

envolventes es!án unidas por un resorte cilíndrico que tiende á aproximar los hilos, de tal ,modo que, si el)llamento de carbon llega á romperse, la accion del resorte o_bliga los dos hilos conductores á que apoyen ·uno sobre otro. El procedimiento de fabricacion de los filamentos de carbono consiste en obtener sobre un' hilo metálico un depósito de carbon de -gran dureza, y de un espesor tan considerable corno se quiera. · La operacion se ejecuta en un vaso lleno de carburo de hidrógeno líquido ó gaseoso, ó bien de sulfuro de carbonó. En este vaso penetra una espiga terminada por una placa de cobre, y ligad.a á uno de los polos de un gegerador; en el otro polo se suspende el hilo metálico, que se apoya perpendicularmente . sobre la placa de cobre. Un Il)ecanismo ,de relojería va separando muy lentamente el hilo metálico, de la placa de cobre. Si la c9rriente pasa en este instante, _se forma un arco vol. táico, se descompone el carburo de hidrógeno y, en la punta del hilo se forma un depósito de car bon que se va corriendo á-medida que _el hilo se aleja. Este depósito de carbon es el que se emplea en estas lámparas. LAMPARAS DE PEQUEÑA y GRAN RESISTENCIA.

La energía que por segundo absorbe el filamento será r l' ·wats, y poniendo en vez· de r su valor.(a) resultará:

, a bsor b'ida= 4RL!' E nergza ·vvatts (b) '1t d' Pero esta energía es igual á la que pierde por segundo el filamento, la c~al puede suponerse que es groseramente proporcional á la superficie del filamento y á su temperatura T. La superficie del filamento es 1t d L; luego, representando por k un coeficiente constante tendremos:

Ene,:gía· perdida

d L T watts ( c) .

Igualando las expresiones (a) y (c) resultará: ó bien . 4 R l'

1t'

d' T

Observando que 4, R, K, 1t' y T son constantes·, que todas pueden englobarse en un factor, al que seguiremos llamando K, resultará: l'=Kd' ó bien I = K d Vd , ( IYI)

Lo que nos dice: r. º que la intensidad de la -Se construyen lámparas de mucha ó de poca resistencia segun se quiera; todo depende corriente no depend~ de la longitud L del filamento; del largo y de la seccion del filamento. 2. Que la intensidad de la corriente ha Dos elementos hay en la lámpara que podemos admitir aproximadamente como cons- de aumentar proporcionalmente al producto tantes, que son: la temperatura á que funcio- de d por VJ. Si queremos saber cuál será el potencial nan los filamentos de carbon, y la resistencia de estos filamentos en caliente; esto es, cuando absorbido por el filamento, pongamos la están al blanco brillante, resistencia que es nocida ecuacion e= rl mucho menor que en frio. Un filamento que Si en esta ecuacion ponemos en vez de r su tenia en frio 292 ohms de resistencia, en cavalor (a) y ·en vez de I el suyo (m), enconliente no tenia más que 15 r. · Representemos por del diámetro del fila- traremos fácilmente mento de carbon; por R su -resistencia especíL e = K''-= (n) fica en calt'ente; por r su resistencia total en . Vd caliente; por L su longitud; por I la intensiLo que nos dice que el potencial absorbido dad de la corriente que lo alimenta; por e el por el filamento es proporcional á la longitud potencial que consume. La resistencia total del filamento será: de éste y está en razon inversa de la raíz cuadrada del diámetro del filamento. Si multiplicamos miern bro por miembro las RL 4RL dos ecuaciones (m) y (n) resultará: 1t d' 1t d• (a) (P) el= K"' ld 4 0

co-

ALUMBRADO ELECTRICO

Como e I es la energía absorbida por segundo por el filamento y L d es la superficie de éste., resulta qué la energía que absorbe un filamento debe ser proporcional á la superficíe. Es evidente que la luz radiada por el filamento es tambien proporcional á la misma superficie. Una lámpara de gran resistencia es la que tiene L muy grande y d muy pequeño, como lo expresa claramente la ecuacion (a). Dos lámparas cuyo filamento tienen la misma superficie darán próximamente igual luz y consumirán igual energía, pero pueden tener resistencias muy distintas. , Si representamos por N el número de bujías que queremos que tenga una lámpara, podemos escribir: Ld=K""N

(q)

Las ecuaciones (m), (n) y (q), ofrecen cu~tro incógnitas que son e, I, L y d. Podíamos tomar como arbitraria cualquiera de ellas. Supongamos que se nos da el potencial e volts. Hallemos para este caso particular los valores de I, de d y de L. Representemos por h, h', h" coeficientes constantes. · La élimiriacion daría:

incógnitas h, h', h cada una de las cu8.les las dará una de estas tres fórmulas. Es probable que estos tres coefi'cientes h, h', h'', varíen algo en las diferentes clases de filamentos de carbon. Pero aparte ele que las diferencias no serán nunca muy grandes, en esta clase de experimentos hay que c.onten- . tarse siempre con meras aproximaciones que sirvan de guia . _ Determinadas las tres constantes h, h', h'', las tres ecuaciones 1, 2, 3, permiten resolver fácilmente el siguiente problema: Dado el potencial de que se dispone, ¿qué longitud y qué diámetro debe tener un filam¡:nto para proq,ucir una lu7,, 'de tantas bufías? Si en una 'fábrica de lámparas se acepta un diámetro constante para todos los filamentos, he aquí · las fórmulas que harían conocer la longitud. del filamento, la corriente y el po. tencial que necesitaría para dar una luz ~de N bujías. N L=Kd 11

I = K ' VcF

., ,,

I e='.)..

Los coeficientes K' :&', K:', serán conocidos si lo eran ya h, h', h' '. En caso contrario se determinarán experimentalmente, como (2) N e•antes hemos dicho. Claro está que en estas tres fórmulas se su3 I N• (3) d = h" 1 / pon~ constante el diámetro d del filamento. e' . J/ Y en este caso, la segunda nos dice que i todas 1. º La primera nos dice que, dado e, la las lámparas de filamento corto ó largo, han intensidad de la corriente ha de ser propor- de ser alimentadas por la misma cgrriente. La primera nos dice que la longitud del fila- ' cional al número de bujías ó intensidad lumento ha de ser proporcional á la lu7,, que se minosa de la lámpara. exige de la lámpara. · _ 2. º- La segunda dice que la longitud del La tercera nos dice q_ue: el potencial ha de filamento es proporcional á la raíz cúbica de la intensidad luminosa que ha de tener la ser tambt"en proporcional al largo del filamento. lárnpar~. La cuestion puede igualmente presentarse · 3. º La· tercera dice que el diámetro del bajo esta forma. Se nos da el largo L y el diáfila~ento es proporcional á N• . metro d, de un filamento, y se pregunta: Los tres coeficientes h, h', h" de las fór- ¿cuánta luz dará? ¿cuántos amperes necesita? mulas 1, 2, 3, se pueden determinar exp~ri- ¿cuántos volts? Las mismas tres ecuaciones 1, 2, 3, ó sus mentarmente por aproximacion. Midiendo N, e, I, d, y L en una lámpara, se conocerán las transformadas que despues hemos puesto, re-

L=h'f/

620

FÍSICA INDUSTRIAL

la pila agotada. Así-es que nó hay necesidad de tenerlo en cuenta, y es más sencillo considerar que sólo hay que tratar de zinc, carbón y cloruro de amonio . . · I=n d Ve[ _amperes. Recordemos ante todo que un ampere-hora (36,000 coulombs) interesa en la reaccion 1' 121 L e=P Vd volts . . gramos de zinc y dos gramos de cloruro de amonio (A 1 H' Cl). La fuer7:a electro-motriz Los coeficientes m, n, p, se deducen de los inidal, antes de todo trabajo, llega á 1 '4 arrteriores si estos se determinaron ya. Si nó, volts; pero si tenemos en cuenta la inevitable se buscan experimentalmente, como antes se polarizacion, la caida del potencial por razon de la resistencia misma del elemento, etc., se ha dicho. Las tres leyes que contienen esas fórmulas verá que no es prudente contar con más que con un volt por elemento. son estas: Si se consideran, por ejemplo, 20 elementos La primera dice que la luz es proporcio,nal montados ·en série de dimensiones suficientes á la superficie del ñlamento. para dar un ampere, estos 20 elementos poLa segunda, que la intensidªd ha de crecer drán dar 20 watts útifes y alimentar una lámdel diámetro.• como la potencia_l_ para de seis á ocho bujías, á razon de tres 2 La tercera dice que el potencial ha de crecer watts por bujía. El gasto teórico será de 24'3 proporcionalmente á la longitud y en razon gramos de zinc y 40 gramos de cloruro de amonio (sal amoníaco}°porhora de funcionainversa de la raíz cuadrada del diámetro. miento y por ampere-hora dado. A la temperatura de 15 grados centígrados, Instalacion-de la luz eléctrica. una disolucion saturada de cloruro de amonio tiene una densidad de 1'07658 y contiene ELECCION DEL GENER A DOR ELÉCTRICo.-Acabamos de describir los varios mañantiales qe 26'3 por 100 de sal amÓníaco. Un litro de disolucion saturada podrá. suenergía eléctrica que pueden utilizarse en una instalacion privada: bastarán pues pocas lí- ministrar 130 amper-horas antes del agotaneas para examinar los que mejor convengan · miento teórico. Luego, se necesitará á lo menos un litro de disolucion saturada y 260 graal alumbrado. · Empleo de las varias clases de pt'las.-Las ·mos de sal por elemento parn ~ener 130 horas pilas solo pueden servir.para alimentar un rede luz, en la hipótesis de que se pudiese funducido número de lámparas de incandescen- cionar hasta agotar completamente la disolucia. Las de Leclanché, por más que se emplean cion; antes de poner otra vez líquido nuevo. La experiencia enseñará en cuánto hay que en ellas los vasos porosos de Goodwin, sólo reducir esta cifra cuando se trate de la prácdan algunos minutos de alumbrado, puesto que al cuarto dé hora se polarizan sensible- tica. Las pilas de bicromato pueden dar durante mente y se debilita la lámpara. Desde luego algunas horas un consumo abundante y á . sólo sirven para un alumbrado intermitente. poca diferencia constante; luego, pueden serPor su importancia, nos detendremos en dar á conocer los resultados obtenidos con esta vir para alimentar algunas lámparas durante clase de elementos modificados para este par- toda la noche; mas como deben recargarse ticular objeto. Para ello se aumentará-la su- cada día, la molestia que ocasiona la manipuperficie del carbon á fin de disminuir la resis- lacion de los ácidos las hace muy incómodas. Si se quiere obtener un alumbrado ·diario tencia interior, facilitar la despolarizacion, dar de algunas horas sin que haya necesidad de un poco más de corriente y obtener mayor constancia. No parece que el peróxido de preparar la pila cada ~vez que se quiera obtemanganeso haga un gran papel en esta pila, ner luz, se tendrán pilas montadas siempre porque la cantidad de despolarizante que suque no se gasten en circuíto ahierto, cualidad ·pone es inferior con mucho á la que supone muy rara.

sueltas con relacion á N, á I' y á e, da'rán la solucion: N=m L d bujías

ALUMBRADO ELÉCTRICO

621

Tocante á las pilas Daniell y _á las pilas de lámparas por la noche, ya solos ó añadiendo agotamúmto,. para emplearlas con económía la corriente directa de la máquina, si es necey evitar_el desgaste en circuífo abierto, lo me- sario. Esta disposicion mixta ofrece además jor es emplear acumuladores. Por lo demás, otra ventaja: si se erpplea una máquina sola, este sistema mixto es el mejor para una ins- debe hacerse marchar el motor durante toda, talacion doméstica. Si se quiere emplear lám- la duracion del alumbrado, tanto si se encien- paras durante cuatro horas diarias, se emplea - den todas las lámparas como una sola; si se la pila·durante las veint~ horas que restan en emplean acumuladores es fácil calcular cada cargar los acumuladores y asi, durante las dia la carga que se consume durante la nocuatro horas de servicio, se utilizan á la vez che, segun el número de lámparas que se enla corriente de la pila y la energía acumulada. ciendan y la duracion del alumbrado, y se Se comprende que esta disposicion disminuye hace marchar la máquina durante el tiempo sensiblemente el número de los elementos necesario para dar á los acumuladores una de pila ne_cesarios, y no se produce pérdida -carga un poco mayor á la que hayan perdido alguna; ademas, basta dar vuelta á un con - para compensar las pérdidas y los errores que _mutador para obtener la luz, sin necesidad de pueda dar el cálculo. El empleo de los acutener que poner la pila en marcha en este muladores permite tambien, \:Omo ya hemos momento. Como los acumuladores no se cam- dicho, sustituir la máquina de vapor por un bian de sitio no experimentan choques y se motor á , gas, que es mucho más cá,modo y gastan muy lentamente. Así, pues, el empleo tambien más económico, skmpre que no sea simultáneo de las pilas y de los acumuladores necesaria una gran fuerza. Por último, cuanes el sistema que puede dar actualmente la do se emplea simultáneamente,la máquina y , mejor solucion .para el empleo de un redu- _los acumuladores para alimentar las lámparas, cido número de lámparas de incandescencia. estos desempeñan el papel de volante elécE! único defecto de estas instalaciones es que trt'co, é impiden las variaciones de intensidad luminosa que resultarían de la marcha irreresultan muy caras. . CoNMUT ADOR DE SALOMON. ~ Saloman ha gular de la máquina, de algun defecto en la imaginado una disposicion muy interesante transmision, y de las variaci~nes del trabajo con el fin de obtener un alumbrado continuo resistente. VoLTAMETRos REGULADOREs.-Se observa á con pilas Leclanché. En este caso se emplean veces que el aumento de consumo producido seis séries de pilas que funcionan por turno por los acumuladores, cuando deban servir durante treinta segundos cada una, fo cual Íes da el tiempo suficiente para que se despo- únicamente para regularizar la corriente, no laricen. Un mecanismo . de relojería produce guarda proporcion con los servicios que prescada treinta segundos un movimiento que tan. Como la potencia reguladora de estos hace girar un eje de un sexto de vuelta y aparatos no depende de nüJgun modo de su cambia las comunicaciones de un modo con- capacidad eledro-química, sinó de su régimen en el consumo, en este caso se puede dismive_niente. EMPLEO DE LOS ACUMULADORES CON LAS PILAS nuir el gasto empleando acumuladores poco 6 coN LAS MAQUINAs.-Las instalaciones que formados ó sin form~r-, á los cuales se da el constan de .un reducido numero de lámparas nombre de voltámetros. Reynier construye con este objeto voltáde incandescencia son las únicas que el aficionado puede preparar por sí mismo, ya-em- metros cuyo electrodo positivo (fig. 3 57) conpleando una pila ó por el simultáneo de.pilas siste en una plancha de plomo doblada en y acumuladores. Cuando se -quiera instalar forma de greca que presenta una superficie un gran número de lámparas para · alumbrar de 150 decímetros cuadrados; el negativo se un vasto local, debe recurrirse á las máquinas· compone de 21 placas de zinc, intercaladas dinamo-eléctricas, lo que hace la instalacion en los pliegues d~l plomo y colgadas de un más co'mplicada. En este caso, presenta más colector de cobre que apoya en los bordes del ventaja servirse de acumuladores que se car- vaso; el aparato está lleno de agua acidulada gan durante el día y que se descargan en l.as medio saturada de óxido de zinc.

FÍSICA INDUSTRIAL

Los voltámetros se disponen como los acumuladores, en derivacion sobre el circuíto principal, de modo que reciban una débil fraccion de corriente suficiente para mantenerles cargados. Sin formarlos c;ompletamente es fácil darles la necesaria capacidad dando á los ~lectrodos de plomo la preparacion nítrica de Planté. Los ·negativos se forman expontáneamente por la deposicion electrolítica en su superficie de zinc en di~olucion en el líquido. U na batería de voltámetros preparados ,en esta forma, puede t!lmbien, en caso de acci_; dentes, prolongar el alumbrado durante media hora, tiempo más que suficiente en mu~ chos casos para poner la-máquina en marcha. Segun el autor, este modelo puede regularizar una corriente de 100 amperes; su fuerza electro-µlotriz es 2' 4 volts. 44 de estos aparatos bastan para. regularizar y prolongar la luz de.200 lámparas Edisson de 16 bujías que consuman 0'5 amperes con una diferencia de potencial de rno volts. Para obtener este mismo resultado se necesitarían 55 a~umuladores de plomo de tamaño doble. La econom_ía que resulta con los voltámetros es pues de 70 p.?/0 • Lineas eléctricas~hilos y cables.

En general, puede decirse que, como en telegrafía, las líneas. eléctricas destinadas á distribuir el alumbrado, son aéreas, sub,t erráneas ó submarinas. Los focos luminosos están unidos entre sí y con los generadores eléctricos por medio de un circuíto c~mductor, formado de hilos ó de cables metálicos. En las grandes ciudades, bien sea para el alumbrado público, ó ya para distribuir la electricidad, se hacen ordinariamente las líneas subterráneas, pata pre. servar mejor los conductores y para que no estén á la vista; no así en las instalaciones domésticas que, generalmente, las líneas son aéreas, lo cual es más económico. Se da el nombre de hilos á los conductores que sirven para la fabricacion de los aparatos y para la construccion de las líneas aéreas de · pequeño consumo; están. generalmente forpjados por un. hilo de cobre cubierto con una ~apa aislante. Esta consiste en una ó varias capas de algodon aplicadas mecánicamente

por medio de un telar semejante á los de pasamanería. Puedé sustituirse el algodon con seda, y así se obtiene un. hilo perfectamente aislado, siempre y cuando no esté expuesto á. roces que gasten ]a seda y desnuden el metal. Antes de aplicar Ja capa ó vaina de algodon se puede cubrir_el hilo con. una primera capa de guta-percha, y despues de colocada la de algodon en~ima de ésta, se le pasa por un baño de betún. de Jucl.ea ó de goma laca líquidos, para protegerle contra la accion conductiva y destructora de la humedad. Los cables son conductores formados por dos ó varios hilos de cobre reunidos en uno sólo. Se les emplea, en vez del .conductor único de grueso diámetro, en las líneas de gran consumo. Los hilos que componen el cable pueden, segun los casos, cubrirse con una primera -capa aislaI].te, agruparles despues en. uno solo, y revestirles con una envolvente aisladora común. Para los cables se emplean ciertas substancias aislantes, tales como algodon, cáñamo, yute, cauchú, gutapercha, etc.; las dos últimas soe- las mejores. Los cables que.deban situarse en. puntos húmedos son los que más particularmente deben estar aislados: se les puede dar varias capas de gutapercha amalgamadas juntas por una composicion formada de tres partes de gutapercha, una de resina y una de alquitran de Stockholmo. Tambien se puede cubrir todo con una especie de vaina de hierro, dé acero ó de plomo que impide absolutamente_.la accion de la humedad. Todas las grandes instalaciones constan de una fábrica central que distribuye las corrientes ramificadas á los puntos en donde se encuentran los focos . De esta fábrica parten.conductores luminosos, cuyo diámetro se va adelgazando á ·medida que la cantidad de corriente que dejan pasar se va debilitando . Todos los conductores son de cobre de mucha conductibilidad, es decir, que tenga á lo menós 95 por rno de _la conductibilidad del cobre puro. Los cables destinados al alurn brado eléc"trico· difiere_n bastante de los que se emplean en las líneas telegráficas subterráneas ó submarinas; su alma es notablemente más gruesa, tanto para evitar un calent;miento excesivo, debido á la accion de las corrientes enérgicas

623 res, ya en una canalizacion de ladrillos huecos ó ya en adoquines de madera. Forbes aconseja el empleo de :conductores formados por placas d~lgadas que, segun él, se calientan menos que los otros por el paso de la cor. riente; se admite generalmente que, á igual seccion; el calentamíento es menor en los hilos desnudos que en los cables. Union de los conductores. - Es generalmente imposible constituir la línea con un conductor de una sola pieza; por lo 'tanto deben unirse por las puntas los varios pedazos, de tal modo que las uniones presenten una gran resistenc_ia mecánica sin que por esto aumente la resistencia eléctrica. Para reunir dos hilos se desnudan con el mayor cuicado los dos extremos y se pone en contacto cierta longitud. Si.los hilos son finos, l¡i mejor disposiciones la junta de doble rosca ó rosca española (fig. 3 58 a). Con una tenaza se tuercen juntos los dos hilos colocados paralela menté, y luego se enrolla· el extremo de cada uno de ellos alrededor del otro. En la rosca francesa se retuercen los hilos juntos en toda la longitud de la únion. Para los gruesos conductores, basta con colocarlos paralelamente bien en contacto, doblar un poco los extremos y unirlo"s con un alambre más fino . Se principia por enrollar este hilo-.auxiliar sobre el primer conductor, terminando en el segundo más allá de la union.Esto es lo que constituye el sistema inglés (fig. 358.b). Sea cual fuere el sistema que se adopte, es muy conveniente soldar los hilos juntos. Una vez terminada la operacion, se cubre toda la parte desnuda con gutapercha, que se calienta ligeramente para reblandecerla y luego con algodon, si es necesario. Los hilos de · derivacion se unen á los conductores·principales de un modo análogo. AISLAMIENTO DE LOS CONDUCTORES. -Para fijar los hilos aislados á lo largo de los muros, en el interior de las casas, basta emplear ganchos esmaltados, como los que se emplean para 1os hilos de los timbres, y mejor aun unos taruguitos de madera (fig. 3 59) que les aislan mejor de los muros y conservan constante la separacion de los hilos. Para las líneas aéreas situadas al exterior,

ALUMBRADO ELÉCTRICO

-que deben atravesarles, como para dismimiír la carga de electricidad consumida en pérdida para vencer .la resisten,cia ·del 1.onductor; estas dos consideraciones están .:i.tenuádas por una tercera, únícamente-industrial, el· precio. Es evidente que cuanto más gruesos sean los conductores, más ca.ntidad_de primera ma-teria absorben y son tambien más costosos; desde luego, bajo el punto de vista económico interesa calcular, para cada caso- particular, la seccion mínima del .c ondudor necesaria y suficiente á la instalacion de que se trate. Lo que es conveniente para las lámparas de arco no lo es tanto para las de incañdeséencia; en una palabra, el estudio de la canalizacion es ,un trabajo más sériü' de lo que _á primera vista parece. La casa Siemens construye los cables protegiéndolos primero con un tubo d~ plomo, les da luego una capa de materia aislante y los reviste despues con dos placas de hierro ent;olladas en espiral y cubiertas con yute embreado. La compañia Edisson emplea espigas de cobre, de 6 metros de largo, unidas unas con otras y cuyo diámetro disminuye á medida que se va ramificando la canalizacion. La espiga más grue'sa ;' de los siete tipos de uso más corriente, tiene 8 centímetros _de diámetro. 'Cada conductor es doble y comprende dos espigas semicirculares, cuyos planos diametrales se miran; están separados, en toda su _longitud, por una composicion aislante, y si-: . tuados en tubos de hierro revestidos con la misma composicion y cubiertos con cinta alquitranada para preservarlos de la oxidacion. Tambien emplean otro procedimiento; los conductores son completamente cilíndricos, separados por cuerdas de cªñamo enrolladas al rededor de su superficie é introducido todo en unos tubos de hierro, como en el procedimiento anterior, y por último impregnados con un aislante semíflúido que se vierte en la canalizacion en el momento de su cierre. Esta mezcla aislante que consta de asfalto, resi_na, parafina y aceite de lino, se aplica en caliente á los tubos, con gran presion en un _e xtremo y con aspiracion en el otro. Muchas son las compañias que no toman tantas precauciones y disponen los cor.dueto-

FÍSICA INDUSTRIAL

se las sostiene con postes de madera y aisla- el calentamiento de un conductor sea pelidores de porcelana, tal como se practica para groso. Para obtener este resultado, basta intercalar en el circuíto un metal ó una liga las líneas telegráficas. fácilmente fusible. CAJAS DE UNION.-En las grandes instalaEn tiempo normal, la intensidad de las ·cor•ciones se reunen los conductores principales se .mantiene convenientem ente grarientes por secundarios entre sí y con los conductores medio de las llamadas cajas de union,· que sir- duada para que no pueda temerse ningun acciven á la vez de punto de union, de mira en caso dente; pero, si'por causa de una avería cualquiera, un.conductor se pone en comunicacion de desarreglo y de. aparato de seguridad. En el sistema Edisson, estas cajas de union con otro, la mayor parte de la corriente pasa son de varias formas y dé varias dimensiones, por esta derivacion, c;uya resistencia es musegún se trate de unir un ramal secundario á cho menor entonces que la del circuíto total la canalizacion principal (figs. 360 y 361), ó para el que está graduada la corrfonte. No bien distribuir la corriente al interior del estan sólo las lámparas situadas más allá de este tablecimiento por donde corre dicho ramal defecto se apagarán, si que tambien aumentará la intensidad de la corriente en proporsecundario (fig. 362). La caja de union es de hierro fundido, de cion de la débil ·resistencia que se le opone. doble paramento; el espacio vacío está ocu- Los conductores así atravesados por una corpado por materias aislantes; los conductores riente excesivament e enérgica se calentarán penetran en ella por ambos lados, están des- · con exceso, inflamarán su revestimiento aisunidos en el interior y uniqos por dos arcos lante y comunicarán el fuego á cuantos objede cobre cuyós extremos afectan la forma de tos les rodeen. Introduciendo en el circuíto un hilo fusible, los conductores. Las dos secciones del hilo de ida reciben uno de los arcos, las dos secun hilo de plomo, por ejemplo, éste fundirá ciones.del hilo de retorno se introducen en el y suprimirá la corriente en la parte amenazaoti:o arco, afianzándolos con tornillos de pre- da. Basta entonces separar la canalizacion y sion. Estas abrazaderas llevan cada una un . sustituir el hilo fundido con otro. Las figs. 363, 364 y 365 representan varios apéndice· en el cual encajan los conductores de corta-circuítos de la compañía modelos prin....:. del ramal. La union con los conductos cipales se hace á ángulo recto, empleando Edisson. El. modelo redondo es un corta-circuíto simabrazaderas ácodadas, como representa la para un solo conductor; el modelo cuaple, . parte suelta de la figura. . Las cajas de union para el interior de las drado es doble y se aplica á instalaciones de casas son ~ás pequeñas (fig. 362) y los con- 1 á 120 lámparas. En las partes centrales, . ductores que recorren las habitaciones. son de rosca, se atornilla un tapon de madera ó simples hilos de cobre revestidos con un te- de yeso que co_n tiene el hilo de plomo. El corta-circuito rectangular, representado jido ininflamable. la fig. 365, se destina á las cána1izaciones inpor los de interior del Las cajas de union· muebles llevan lo que se llama. corta-ct'rcuí- principales: el hilo de plomo se sustituye con una hoja del mismo metal que se adapta por tos, de que luego trataremos. En -las cajas de union de la casa Siemens se debajo de los dos tornillos de presion centrahace la union por medio de dos semi-man- les, mientras que los conductores se enroscan guitos de cobre estañado, muy apretados por á los dos extremos. Una espiga de visagra con cuatro pernos de rosca en las secciones del mango aislante permite cortar la comunica· conductor. Estas cajas son de doble paramento cion cuando se quiera . una coratravesarle al .El plomo se funéle y su intervaJo está ocupado por una substanriente cuya intensidad alcance 30 ·amperes cia aislante. por milímetro c_uadrado de -seccion. son s CORTA-CIRCU ITO.- Los corta-circuíto La fig. 366 representa dos coi-ta-circuítos, . instrumentos destinados á evifar las causas de incendio y conservar la seguridad de las de placa fusible igualmente, fabricados por la lámparas, interrumpiend o el circuíto así que casa Breguet.

ALUMBRADO ELÉCTRICO

•

·Cunynghame ha ideado un corta-circuito pasado en otro principio muy distinto. En él, hay una armadura atraida en tienwo oportuno por un ·electro-iman que iuterrumpe el circuíto. Al ·aproximarse la ·a rmadura al electroiman, levanta-dos vástagos de cobre sumergidos en dos vasos que contienen mercurio, con lo cual se interrumpe la comunicacion. Con este movimiento de báscula, arrastrada ia armadura por su propio peso · cae hácia el otro lado del electro-iman. Puede restablecerse lacomunicacioná mano ó por un procedimiento automático. Tambien puede disponerse en el trayecto de la armadura de un gancho metálico que, en el instante que cesa la comunicacion directa, la restablece introduciendo un reostato en el . circuíto. La fig. 367 representa un corta-circuíto Cunynghame en el cual el movimiento de báscula de la armadura está indicado con líneas de puntos. En frente de la armadura hay un pequeño tornillo de graduacion que permite establecer la posicion inicial de la armadura con relacion á las varias corrientes que deban hacerla mover. Disposicion de los circuitos.-Hemos dicho ya que los focos de. arco ó de incandescencia pueden montarse: r .º En .série. En 9-erivacion. 2. º 3. Parte en série, parte en derivacion. Estos tres sistemas de instalacion se refieren exactamente, en cuanto á su disposicion, á cuanto hemos dicho ya relativo al acoplamiento de 'los elementos de , una pila. La montura en série, es el acoplamiento en tension; la montura en derivacion, es análoga del acoplamiento en cantidad; la montura mixta corresponde al acoplamiento en cascada. ' Si representamos las escobillas de un dinamo por los signos + y - , y si indicamos con los mismos signos los dos extremos de una lámpara, ya sea urí regulador de arco ó un foco de incandescencia, para realizar las direrentes monturas aplicaremos las disposiciones siguientes: Montura en série. 0

fÍSICA 1111D.

La escobilla +dela dinamo unirá al extremo+ del primer foco, el extremo-de éste al extremo+ del siguiente, y así siguiendo hasta el último, cuyo extremo - se unirá á la escobilla - de la dinamo (fig. 368 A). Esta disposicion hace evidentemente todos los focos solid2rios unos de otros, lo cual crea un inconveniente tal que obliga á desechar el sistema. A priori, en efecto, al apagarse un foco, los restantes se apagan al mismo tiempo, ya por no producirse el arco ó .por romperse el filamento de una de las lámparas. Sin embargo, la mayor parte de los reguladores de arco que se construyen hoy dia cierran automáticamente el circuíto en el momento de su extincion ; que es lo que tambien se verifica con las lámparas Jablochkoff y muchas pe las lámparas de incandescencia se ponen igualmente en pequeño cireuíto al romperse el filamento. Desde luego, de una extincion parcial sólo resultará una recrudecencia de ·corriente, un aumento de brillo luminoso y por .tanto un calentamiento de los conductores. La instalacion en série exije corrientes de alta tension; para· compensar este inconveniente se obtiene una gran economía en las canalizaciones reduciendo)os conductores á su menor expresion. . Lodyguime es el primero que aplicó á las lámparas de incandescencia la montura en série. Bernstein hizo lo mismo y construyó lámparas de peq 11eña resistencia, cuyo sistema se ha extendido mucho en América, danq..o muy buenos resultados. Lo mismo han hecho Siemens y Halske. Montura en derivacion: Esta instalacion consiste en unir ·todos los + d~ los focos á la escobilla + de la dinamo y todos los - á la escobilla - (fig. 368 B); ó, lo que es lo mismo, en establecer una canalizacion doble en _todo el espacio que se alumbra y unir cada uno de los focos á los dos conductores. _ Esta disposidon es la más empleada para lámparas de incandescencia de igual resistencia. Si los modelos de lám_paras son distintos, se instala un foco resistente en una derivacion y los focos poco resistentes en otra. La fig. 369 representa la disposicion de una 1

ll.-79

FÍSICA INDUSTRIAL

montura mixta. No nos extenderemos más sobre este particular, cuyas instalaciones pueden variar al infinito. Se puede, por ejemplo, formar varios circuítos en una misma dinamo, acoplar varias dinamos, intercalar reguladores de arco y focos de incandescencia en varios circuítos alimentados por un mismo generador, etc. Al igual que los focos, las dinamos pueden acoplarse en tension, en cantidad, ó parte en tension y parte en cantidad. La fig. 370 representa una montura en derivacion, compuesta de dos hilos paralelos que parten de los dos homes del caudal eléctrico y van al extremo del local que se ilumina; cada lámpara está situada en un hilo secundario que se une á los dos conductores .,Principales. Con esto se obtienen tantas corrientes derivadas como lámparas haya y es fácil graduar l_a resistencia de cada derivacion para dar á la lámpara correspondiente la intensidad que necesite. La extincion de una lámpara ya no moti va la de las restantes, sí que por lo contrario les da mayor brillo que, eh caso de ser molesto, se reemplaza la lámpara apagada por una resistencia equivalente. REOSTATOS. -:-Para que la potencia luminosa de una red de alumbrado eléctrico sea constante, es necesario que la intensidad de la corriente sea proporcional al número · de los focos encendidos, ó bien que, permaneciendo constante esta.intensidad, la resistencia eléctrica del circuíto permanezca constante en sí. Es evidente que, si se apagan cierto número de lámparas, lo cual implica ponerlas en pequeño circuíto, la resistencia de la canalizadon recorrida por la corriente quedará disminuido en otro tanto. Se verificará lo mismo si varios circuítos están unidos á un generador y se encienda sólo u~o de ellos. En este caso, deben intercalarse en el circuíto que está en actividad, resistencias correspondientes á las suprimidas por la extincion, lo cual se consigue empleando reostatos, formados, unos con hilos de maillechort atravesados en más ó menos longitud por la corriente, y otros con barritas de carbon de igual longitud, pero de secciones diferentes. En los reos tatos de esta última clase, se hace entrar en el drcuíto la barrita de carbon que

se quiera, haciendo girar el ~ócalo del instrumento, provisto de un resorte que establece el contacto con una ú otra de las barritas. En los reostatos de hilo de maillechort, el hilo está enrollado á un tambor de madera ó de porcelana que mantiene las varias espirales _ aisladas unas de otras. Un conmutador de clavijas y de manubrio gradua las resistencias. Uno de los extremos del hilo de maillechort está unido al eje del manubrio, susceptible de ponerle en contactos metálicos distintos, aislados unos de otros. De cada uno de estos contactos sale un conductor, reunido al hilo de .maillechort en puntos más ó menos distantes del exfremo ligado al manubrio; así, el desplazamiento de éste último y su contacto con uno de los toques motiva la introduccion en el circuito de una resistencia ya determinada antes, correspondiente al efecto que se quiera• obtener. En muchas instalaciones de importancia, el cierre de un circuíto introduce automáticamente, por el simple manejo de una palanca, la resistencia correspondiente á los circuítos que hayan permanecido inactivos. Para el alumbrado y extincion de los pequeños ramales se emplean los interruptores -representados en las figs. 371, 372 y 373. Fl primero es el que se emplea habitualmente en los ramales de la sociedad Edisson; el segundo es el que construye la casa Breguet, cuyo mecanismo está protegido por una tapa niquelada; el tercero está construid0 porW oodhouse y Rawson de Londres. CUADRO DE DISTRIBUCION.-En las fábricas centrales ó en los centros de ramal, todos los instrumentos necesarios para el alumbrado, la comprobacion, las medidas eléctricas, forman un conjunto que se reune en un cuadro llamado de distribucion. Cada circuíto lleva un amperémetro representado en la fig. 374 y urr voltmetro (fig. 375). En muchos casos, se completa con una batería de acumuladores destinada á suplir, si es necesario, la insuficiencia de las máquinas, y asegurar el alumbrado durante algunas horas _siempre que algun accidente motive el paro de los generadores. La fig. 376 representa un gran cuadro de distribucion construido por la sociedad alemana Allgemeine Elektrict'tats Gesellschajt.

ALUMBRADO ELÉCTRICO

CONTADORES DE ELECTRICIDAD.-La cuestion de los c_o nJaiores de electricidad es un problema muy importante·. Cuando el alumbrado eléctrico se multiplica con tan prodigiosa rapidez, es muy conveniente y necesario que los productores puedan fácilmente y sin ninguna clase de dudas, conocer el consumo de cada particular, para lo cual se· necesitan instrumentos que indiquen con la mayor fidelidad la cantidad de flúido que se suministra á cada uno de ellos. Contador Edi'sson.-En general, todos los contadores de electricidad son complicados. El más sencillo que se conoce es el de Edisson. Supop.gamos que cortemos en dos un circuíto cerrado por el cual circula' una corriente; que terminemos luego los dos extremos por dos placas de cobre, y que las sumerjamos en una disolucion de sulfato de cobre. Uná parte del metal de una de las placas (la positiva) se disolverá, deponiéndose uná cantidad· de cobre rigurosamente igual en la otra (la negativa). Esta cantidad es proporcional á la intensidad de la corriente, y, por consigniente, á la cantidad de electricidad que atraviesa la solucion. La fig. 377 representa dos frascos llenos de sulfato de cobre, en los cuales se sumerjen dos placas de cobre de · peso conocido. U na fraccion deter"mida de corriente del consumidor se deriva y transmite á través de . cada uno de los frascos. Bastará pesar las placas al cabo de cierto tiempo para conocer, por la diferencia de peso, la cantidad de electricidad suministrada al consumidor durante este tiempo, y como la fuerza electro-motriz se ha mantenido constante siempre por medio del regulador, esta cantidad de electricidad es -p roporcional á la cantidad de energía consumida. Para comprenderlo haremos una comparacion. Supongamos una caida de agua que sirva de fuerza motriz: lo que se hará pagar no será la caida de la corriente, sino la cantidad de energía, es decir, el número de kÍlográmetros que produce. Como esta eµergía es proporcional á la cantidad de agua que cae y á la altura de caida, si ésta última es constante, el trabajo estará precisamente medido por la ca-ida. De los dos frascos del contador, el uno ser-

vjrá, por ejemplo, para conocer la suma que debe percibir mensualmente la compañia y el otro sirve de comprobacion. La indicacion que dé al cabo del año debe ser igual á la suma de las indicaciones suministradas por el primer frasco. La lámpara que se encuentra en· el interior del contador impide se congele el agua en invierno. En tiempo ordinario está apagada. Encima de ella se encuentra una placa, cgmpuesta de dos metales sobrepuestos (cobre y zinc) de dilatacion distinta. A medida que la temperutura baja, la placa se contrae; así que se aproxima á cero toca el tope fijo al zócalo de la lámpara y establece el contacto. La lámpara se enciende; se calienta y suministra calor suficiente para que el agua no se congele. Al alcanzar la temperatura suficiente, la placa se dilata, cesa el contacto y se apaga la lámpara. En el último modelo de contador las ·placas son de zinc y la disolucion contiene sulfato del mismo metal. Contador BrilUé.-Este contador sirve especialmente para medir las corrientes continuas, pero tambien se le puede aplicar á las corrientes alternativas. El mecanismo es muy complicado. El instrumento comprendé un numerador, _un mecanismo de relojería, un regulador, un electro-motor y un electro-dinamómetro que obra por torsion. El electro-motor arma el movimiento de relojería y tiende un resorte en espiral hasta el instante en que una bobina móvil se desplaza y devuelve al resorte su primera posicion; el regulador tiene por objeto hacer constante la velocidad de torsion del resorte. Las mediciones tienen lugar á intervalos de tiempo iguales, cada 36 segundos, ó sea cien veces por hora, determinadas por el movimiento de relojería. Despues de cada -suelta de gatillo el resorte de espiral toma la posicion de reposo, se rosca nuevamente hasta la suelta siguiente. El numerador da á conocer la suma de los ángulos de torsion, y basta multiplicar por una constante la cifra que suministra en un momento dado, para obtener el consumo eléctrico. Contador Shallenberger.- Este contador se destina á las corrientes alternativas. En el

6z8

FÍSICA INDUSTRIAL

centro de una bobina atravesada por estas corrientes está montado en un eje de acero un disco ligero compuesto de un anillo de hierro dulce adaptado á una placa de aluminio. Unas placas ovales de cobre están remacbada_s juntas y rode,a n con fuerza el disco. El campo magnético giratorio que resulta de la accion mútua de la bobina y de la corriente inducida en las placas de cobre, arrastra el disco, y su rotacion se transmite por medio de unos epgrannjes á unas agujas indicadoras análogas á las de los contadores de gas, cuyos diferentes cuadrantes están graduados en ampere-horas y sus múltiplos. Contador Cauderay. - En el contador de Edisson, cua·n do las placa-s han servido, antes de pesarlas se las debe lavar con mucho cuidado en agua ·pura y frotarlas luego con un lienzo fino para quitar las sales de zinc que permanezcan ligeramente adheridas al metal. Las mediciones se hacen ordinariamente determinando la pérdida de peso de las placas positivas. Estos inconvenientes no existen en el contador Cauderay que descansa en un principio completamente distinto, puesto que su objeto estriba en registrar las indicaciones de un amperémetro. Supongamos que un cilindro R (fig. 378) que gira uniformemente con una velocidad de una vuelta por segundo, tiene su superficie dividida en círculos paralelos provistos de clavijas metálicas, cuyo número aumenta con toda regularidad del centro á los extremos ó bases. Así, los círculos n tienen cada uno una clvavija, los círculos o tienen dos, los círculos p tienen tres, el círculo q tiene cuatro y el círculo m del centro no tiene ninguna. Frente este cilindro se mueve la aguja a de un amperémetro cuya_punta señala en los círculos m, o, p, segun sea de I, 2, 3 amperes, la intensidad indicada. Esta aguja termina por una parte metálica que frota con las clavijas, de suerte que producirán r, 2, 3 contactos por segundo, segun sea de 1, 2, 3 amperes la intensidad. Basta, pues, que cada contacto de la aguja y de una clavija esté ligado mecánicamente, ó mejor, eléctricamente, con un mecanismo que baga avanzar la aguja de una division en un cuadrante, para que éste indi-

que en coulombs la cantidad de electricidad que ha atravesado el circuíto. En realidad, el coulomb es una unidad demasiado pequeña en la práctica, por cuyo motivo se hace describir al cilindro una vuelta cada 100 segundos, y entonces cada contacto indica que durante este tiempo pasa una corriente de un ampere, ó sean 100 coulombs. La unidad industrial más cómoda parece ser el miria-coulomb que vale 10,000 coulombs. La disposicion de las clavijas no es tan sencilla como se ha supuesto. Están colocadas segun una regla particular, á fin de que, cuando la aguja se halle entre dos divisiones, la pieza metálica conque termina encuentre á la vez las clavijas de dos seccioae rectas y dé una citra de valor intermedio. La fig. 379 representa el conjunto del aparato. El amperémetro empleado es un modelo Despretz que solo tiene una resistencia de 0'01 ohm. Se le gradúa, segun un-tipo de medida, moviendo las piezas polares que están fijas á unos tornillos. Se le coloca en la parte superior del aparato; su iman está en A, y es de acero A llevard. El cllindro dentado R está movido por el balancin circular H, graduado por la espiral I y puesto en movimiento por los electro-imanes K y las armaduras de hierro dulce L. Estos electro-imanes, de .una resistencia de I ,ooo Ohms, están montados en derivacion, por el sistema regulador de Hipp. Este contador lleva un aparato de gatillo, cuya bobina se ve en V, el cual permite al mec;mismo de relojería que se ponga_en marcha solamente para cierto valor de la diferencia de potencial, y le pára así que la · diferencia es inferior al 'límite fijado. Esta particularidad tiene gran importancia para el con~umidor. Así, las lámparas Edisson no funcionan bien más que con una diferencia de potencial de roo volts; para un valor inferior solo queman en lamparillas y la electricidad consumida no aprovecha al consumidor. Si el contador Cauderay está combinado para 100 volts, no registrará nada mientras la diferencia de potencial no alcance este límite; de suerte q~e, como el éonsumidor no habrá disfrutado del conveniente alumbrado, no tendrá que pagar nada por él. No sucede lo mismo con el contador Edisson.

ALUMBRADO_ ELECTRICO

Contador Aron.-Este instrumento tamEl núm,wo de lámparas-horas bien da á conocer sobre un cuadranté el número de coulombs que ha_n atravesado el es decir, que es un contador de lámparas-hocircuíto, pero está ·fundado en el empleo de ras: pero, como veremos luego, indirectapéndulos. mente puede dar si se quiere el número de Se sabe que las oscilaciones del péndulo coulombs que han pasado por el instrumento. son isócronas, por pequeña que sea su ampliEstá representado este instrumento en la tud; que la duracion de la oscilacion depende figura 380. Consiste en un recipiente de agua de la fuerza vertical que produce el movi- á nivel constante, del cual puede escaparse el miento, y que es inversamente proporcional líquido por una série de muy pequeñas aberá la raiz cuadrada de su intensidad. turas, tantas en número como lámparas tiene Supongamos un péndulo vertical, cuya el consumidor. Todas estas aberturas están al parte inferior termina en un iman y que os- mismo nivel, y como la presion es constante, cila sobre una bobina suscepti_ble de ser atra- · todas dan la misma cantidad de agua en el vesada por una corriente. Si esta bobina no mismo tiempo. está atravesada por ninguna coriente, el pénCuando el consumidor tiene apagadas todas dulo tendrá su duracion normal de oscilaciou. sus lámparas, todas las abertura$ están cerraSi se hace pasar una corriente por el drcuito, das y no sale agua. Cada abertura está cerrada la bobina, por lo contrario, ejerce en el péndu- por una válvula, ligada á la armadura de un lo una fuerza atractiva ó repulsiva que se suma electro-iman puesto en derivacion sobre la á la accion de la gravedad ó se resta de ella, lámpara á qu_e corresponde. segun su sentido, para aumentar ó disminuir Cuando el consumidor quiere encender una lámpara lo hace; pero en el mismo momento la velocidad de oscilacion. En realidad, para que no se destruya la la corriente qc:e viene á alimentarla hace acimantacion del barrote. se combina de modo tivo al electro-iman, éste destapa su abertura que la corriente produzca siempre un aumento y el agua sale por ella . Si el co_nsumidor pone de v_elocidad. Fácil es ver que si el iman y la en accion dos lámparas, destapa dos aberturas, bobina, son proporcionales se puede, dentro si son tres, tres y así consecutivamente. , De . aquí resulta que el volúmen de agua de ciertos límites, hacer la velocidad proporcional á la intensidad de la corriente. Supon- que ha. salido en un tiempo cualquiera, mide gamos, pues, que se tengan dos péndulos de el número de lámparas-horas consumidas. igual lóngitud, sometido el uno á la accion de · Esto supone que la intensidad de la corla corriente y el otro terminado por una lenteja riente que alimenta cada lámpara es constanordinaria de laton : la diferencia de las horas te, lo cual es sensiblemente exacto en toda indicadas por los dos péndulos será siempre . distribucion eléctrica bien establecida, porque . proporcional á la cantidad de electricidad que en caso contrario se producirían quejas conha pasado. Un contador de esta especie da á tinuas. Sí, pues, conocido el volúmen de agua que conocer constantemente esta diferencia en ha salido se conoce el número de lámparasuna série de cuadrantes, por medio de dos ruedas dentadas de igual diámetro movidas horas que hay que pagar, veamos como mipor los dos péndulos, situadas una en frente den los inventores el volúrnen de agua. Para de otra en un eje comun y unidas por una ello, el agua que sale por las aberturas cae alternativamente sobre dos cucharas ó vasos rueda satélite. Contador hidro-eléctrico de Marchand y colocados en un balancín ; cuando se llena Gerbor,. - Este contador no mide especial- una de las cucharas, el balancín hace una osmente la cantidad de electricidad consumida, cilacion, y presenta la otra para llenarse. A ni mide el tiempo del consumo; señala el nú- cada oscilacion pasa un diente de la primera mero de lámparas que han funcionado durante rueda de un conductor ordinario de vu€ltas el mes en . casa del consumidor, y sin em- como el de los contadores de gas. Una si)llbargo, mide todo lo que importa al que paga ple lectura en este último órgano, d.a inmediatamente. u!).. número proporcional al núy al que cobra, esto es:

630

FÍSICA INDUSTRIAL

mero de lámparas-hor as, y si se quiere el número de pesetas á pagar. · De la indicacion del aparato se podría, en rigor, deducir aproximadam ente el número de coulombs que han pasado, aunque esto es absolutament e inútil para el consumidor. En efecto, supongamos que el contador Gerboz da 400 lámpara-hora s y que cada lámpara tiene un consumo normal de 0'70 amperes. La cantidad total de electricidad consumida será de: 400 horas X 3,600 segundos X 0'70 amperes' = r.008,000 coulombs. Naturalmente , para lámparas de otro consumo habría que cambiar el número 0'70. Un contador industrial ha de estar á cubierto de todo error ó engaño. En éste las indicaciones ·dependen de la constancia del nivel, como en los contadores de gas. Los inventores establecen para ello un flotador F. A poco que suba ó baje el nivel, la palanca M por donde pasa la corriente, rompe el circuíto y las lámparas se apagan. En el recipiente de salida S hay otro flotador y otra palanca, que tambien rompería el circuíto en cuanto el agua no pudiese correr fuera libremente. TRANSFORMADORES ~-De pocos años acá la distribucion de la electricidad ha entrado en una nueva fase. En vez de ramificar la corriente al infinito, imaginó Gaulard repartir en un vasto circuito una corriente de alta tension y disponer en dicho circuíto generadores secundarios, distribuyendo corrientes pequeñas por los diferentes ramales. Los transformadores, así llamados estos órganos de distiibucion, reciben una fuerte corriente. y dan una pequeña. Transformad or Gaulard y Gibbs.-El sistema de estos inventores consiste en el empleo de una corriente alternativa producida por una dinamo y que, por su paso á través de los generadotes eléctricos. de construccion especial, engendra corrientes inducidas·. Las corrientes formadas en estas condiciones son utilizadas por las lámparas. La máquina que se emplea es de corrientes alternativas á alta tension, tal que la resistencia del inducido sea mayor que la del circuito exterior. Supongamos un. circuito de . 50 kilómetros;

á cada 500 metros se introduce un generador secundario, construido del modo siguiente: primerameate un alma de alambre de hierro dulce, luego tres capas de hilo de cobre de tres mili metros de diámetro perfectamente aislado; sobre esta primera alma se colocan bobinas construidas con un cable de seis hilos de cobre de medio milímetro, aislado con algodon _ parafinado. Los extremos de estas bobinas están dispuestos de modo que puedan agruparse en série ó en cantidad, constituyendo así el circuito secundario, que es el que alimenta directamente las lámparas. Transformad or Westinghouse. - Estos transformado res están construfdos con el mayor cuidado. Las dos bobinas que forman el circuíto primario y el circuito secundario están yuxtapuestas. El alma magnética está formada por hojas de plancha, talladas segun plantilla y aisladas unas de otras por papel barnizado. · Estas planchas están apiladas y apretadas por dos placas de fundicion, unidas con pernos. El conjunto de este órgano eléctrico está contenido en una caja de fundicion que le preserva de las.intemperies. Dos miras, provistas de cristales están practicadas en ella, y corresponden á los puntos en donde terminan los circuitos primario y secundario. Tambjen se introducen corta-circuítos de placas fusibles. Se construyen transformado res para 20, 30 ó 40 lámparas de 16 bujías y de 50 .volts. El tipo de 40 lámparas contiene 40 kilógramos de hierro y 11 de cobre. Para el alumbrado público los transformado res están fijos, como representa la fig. 381, en apoyos que soportan las lámparas. El sistema de distribucion Westinghous e por corrientes alternativas y transformado res está muy desarrollado en América. Tr.ansformador Morde_v- vvebber. - Estos transformadores, así corno tambien los de La Alianr,a, de reciente creacion, están representados en las figs. 382 y 383. Son notables por su sencillez y s~ les puede situar en los muros y en los ángulos sin que ocasionen la menor · molestia. Transformad or Zipernowsky y Dery.Segun el eminente físico italiano Ferraris, tenemos que considerar como un gran · paso

ALUMBRADO ELÉCTRICO

dado en el camino de la distribucion general de la electricidad, el invento de Zipernowsky y Dery, autores de unos aparatos completos para la transformacion de la energía segun el deseo ó necesidad del consumidor. Fundados, como es natural, en el principio en virtud del cual corrientes inducidas nacen en un circuito cerrado, cuando varía la intensidad de la corriente en otro circuí to próximo, los nuevos transformadores coinciden con los de Gaulard y Gibbs en dicho principio. Mas, en su conjunto, hay notables variantes y sus resultados son superiores, siendo más económicos bajo la •misma potencia. Hoy por hoy, y mientras nuevos descubrimientos no señalen un camino mejor, hay que considerar como un principio económico fundado en la ciencia misma, que para transportar lejos la energía eléctrica (lo mismo para el alumbrado que para la fuerza motriz), es muy conveniente emplear altas tensiones. Pero las altas tensiones ó altos potenciales no son fácilmente manejables por todo el mundo para poder penetrar cómoda y seguramente en las casas de los consumidores, ni por otra parte, se prestan bien á <l:oblegarse á todos los usos á que puede destinar la electricidad un consumidor cualquiera. Los distintos aparato:> hoy en uso, y más todavía, las múltiples y distintas aplicaciones á que ha de prestarse el fluido eléctrico exigen cada uno una t"nsion ó potencial determinado. Pues biéh, dará cada consumidor de fluido la energía eléctrica que quiera, bajo el potencial que le convenga, con absoluta independencia del potencial elevado que la fábrica de electricidad produce, esto es lo que se propusieron. Gaulard y Gibbs con sus transformadores, y- lo que hacen con los suyos los nuevos in.ventores de que nos ocupamos. La fábrica produce y envía constantemente á la red de sus conductores extendidos por las principales call_es de una ciudad, una série de corrientes alternativas, esto es, que cambian de sentido muchas veces en un minuto. Los consumidores ponen á voluñtad su transformador en comunicacion con la red de la fábrica; una parte de la corrjente general producida por ésta pasa por eJ hilo inductor ó primario. -del transformador. Esta corriente, por su cambio incesante de sentido ó

de signo, y por su variabilidad, hace nacer una corriente inducida (alternativa como fa que la engendra) en el hilo secundarlo ó inducido del transformador. Esta corriente in- <lucida ó secundaria, alternativa, es la que utiliza el consumidor. El transformador tiene, pues, dos polos ó bornes, para tomar y devolver la corriente primaria de la línea, y dos polos ó bornes para tomar y utilízar la corri~nte secundaria del transformador. El transformador de Zipernowsky ·y Dery consiste siempre en un anillo dé hierro dul1 ce, redondo, rectangular ú ovalado, tubierto completamente por varias capas de dos hilos aislados, que son el hilo inductor (destinado á ponerse en relacion con la línea) y el hilo inducido (destinado á alimentar los aparatos del consumidor). Resulta de esta disposicion, completamente nueva y original, que el hierro forma un circuíto magnético cerrado sobre él mismo; al revés de lo que sucede en los electro-imanes ordinarios, y de lo que sucede tarnbien en los transformadores Gaulard y Gibbs, los cuales emplean barras de hierro que tienen, por lo tanto, dos extremos. Enrollados ambos hilos sobre el anillo de·hierro, resulta una perfecta simetría entre los circuítos in.ductor é inducido. ' Por lo general, los hilos van en.rollados sobre el anillo de hierro. Pero, tambien los inventores han construido la opuesta, formando el anillo con los hilos _enrollados y cubriendo éstos con uu hilo de hierro que, puesto en varias capas, forma el exterior. En la primera disposicion descrita, el hierro dulce va dentro de los hilos inductor é inducido; en la segunda sucede todo lo contrario; en ambas el hilo de hierro está barnizado, sin duda para evitar las corrientes inducidas parásitas ó de Foucault, que tienden á nacer en el hierro. La forma anular dada á los nuevos transformadores es no solamente racional sino quizás la mejor que puede combinarse para obtener gran induccion con débiles resistencias, y el menor peso posible de cobre. Para evitar las corrientes parásitas ya nombradas, el hilo del anillo debe ser perpendicular á los hilos inductores é inducidos, como se hace en el anillo Gramme. Conocido ya con estas ligeras indicaciones este nuevo transformador eléctrico, digamos

FÍSICA INDUSTRIAL

algo del resto del mecanismo y de la distribucion. En la fábrica de electricidad hábrá la fuerza motriz, generalmente de vapor, y la dinamo que ha de convertir la energía mecánica en eléctrica. La dinamo ha de ser forzosamente de corrientes alternativas. La que emplean Zipernowsky y Dery es auto-excitatriz, esto es, que excita ó imanta sus electros con la misma corriente producida, ó más exactamente, con una pequeña parte de ella. En efecto, una parte de la corriente alternativa producida, se conv'ierte en continua á favor de un conmutador ad-hoc, y es la que alimenta ó imanta los electros inductores. Sabido es que una corriente alternativa no serviría para esto. La dinamo produce rno alternaciones en la corriente en cada segundo de tiempo. En el sistema de estos in ventores· entra el sostener una diferencia de potencial constante entre los polos de la dinamo. Esta constancia se ha de sostener, ya sea cuando la mayor parte ó todos los consumidores hacen funcionar sus transformadores, ya cuando hay muy pocos transformadores funcionando. Esta constancia se consigue por medio deun aparato al cual los inventores han dado el nombre de Compensador. Todos los transformadores están dispuestos en derivacion como las l~mparas de incandescencia. De aquí resulta que, cuantos más transformadores se alimenten de la red general, mayor ha de ser la corriente total, á fin de que no disminuya la parte que toca á cada transformador. Luego, es preciso hacer que la excitacion de la dinamo aumente proporcionalmente á la corriente. Esta es la funcion que ha de desempeñar automáticamente el compensador. El compensador es un bansformador cuyo circuíto inductor ó primario está recorrido por la corriente total. Esta induce una corriente alterna ti va en el hilo secundario; P.sta alternativa se transforma en continua; esta última se une á la corriente de excitacion de la dinamo y aumenta la excitacion. Como se ve, no hay reglaje á mano; todo se hace automática y físicamente, sin poner ni quitar resistencias y sin piezas mecánicas en juego. Este sistema parece bastante superior al de Gaulard y Gibbs.

Sistema Montaud.-Recientemente Montaud presenta un acumul_¡idor empleado como transformador distribuidor de corrientes continuas, nuevo campo que ofrece á la investigacion. Antes de entrar en el exámen de este sistema digamos algo sobra la carga y descarga de los acumuladores. La carga de los acumuladores puede hacerse por pilas; mas, en las aplicaciones in·dustriales se emplea preferentemente una máquina, que puede ser una magneto ó una dinamo, sea cual fuere el sistema de excitacion de esta última. Para cargar una bateria, basta reunir sus dos polos á los dos bornes de la máquina en marcha. Así tambien, para la descarga, basta reemplazar la máquina de carga por el circuíto que se debe alimentar. Tambien es fácil descargar los acumuladores mientras se efectua su carga; para lo cual, conservaRdo las conexiones con la máquina, el circuí to que se alimenta se instala en derivacion en la batería de acumuladores. Durante la carga de las baterías deben tomarse cier:tas precauciónes: se conoce que la carga está completa cuando salen burbujas de gas á 1a superficie del líquido; si antes de •alcan~ar este límite máximo, el flujo de descarga de los acumuladores es superior al flujo de carga procedente de la máquina, entonces la bateri~ se descarga en la máquina. Con ello se presentan dos inconvenientes muy graves: en primer lugar, no tan solo la máquina trabaja sin efecto útil, si que tambien se pierde el trabajo que haya producido; luego, el paso de la corriente de descarga de los acumuladores puede motivar desarreglos muy sensibles, en particular invertir los polos del generador. Deben evitarse, á toda costa, estas inversiones de sentido de la corriente, más, como se producen instantáneamente, ya porque disminuya la velocidad de rotacion de la máquina, ó ya porque salte alguna correa del mecanismo de transmision y prod1tzca el paro, es materialmente imposible corregirlo en el acto. Lo más ventajoso hasta el dia consiste en colocar en el circuito un aparato .automático, que corta y restablece el circuito en el momento oportuno, al cual se da el nombre de conyuntor-disyuntor. Existen varios modelos de estos instru-

ALUMBRADO

mentas; uno de ellos, notable por su sencillez, es debido á Hospitalier y se aplica á las máquinas dinamos que operan la carga de los acumuladores. Un electro-iman (fig. 384) está articulado en visagra á una de la'S piezas polares de la máquina y, por su extremo libre, apoya durante el paro en un vástago de la pi~za polar. Los extremos del hilo de la bobina se sumergen en dos vasos llenos-de mercurio, con lo cual cierran el circuíto de los acumuladores y de la máquina. Al ponerse en marcha el generador, los hilos del electro-iman no se sumergen en los va-· sos y la corriente solo pasa por los inductores; la pieza saliente ó vástago y el extremo del electro~iman situado en frente se polarizan en el mismo sentido y se repelen. Esta . repulsion determina un movimiento de báscula del electro-iman; los . hilos se sumergen entonces en los vasos de mercurio y cierran el circuíto de los acumuladores operándose la carga; en este instante la corriente de la máquina atraviesa igualmente el hilo del electro-iman, aumenta así su polaridad y motiva la répul~ion entre su polo libre y el polo de igual signo de la máquina. Si la máquina se debilita, la polaridad disminuye, el electroiman baja y abandonando los hilos los dos vasos, rompen el circuíto de los acumuladores, hasta el instante en que, por adquirir la máquina su marcha normal, se cierra ,nuevamente el circuíto de los acumuladores, debido al movimiento de báscula del electro-iman. CONMUTADOR VARLET.-Imaginó Planté un conmutador que, por un simple movimiento de rotacion, permite agrupar en tension ó en cantidad una batería de acumuladores . . Varlet ha combinado otro instrumento destinado á facilitar la carga y la descarga de las baterías. Consiste en una manecilla central que puede situarse en seis contactos aislados unos de otros (fig. 385); el contacto de la derecqa puede unirse á su contiguo por medio de una clavija; el contacto inferior puede unirse á la manecilla por medio de otra clavija; el contacto de la izquierda: es neutro. El .eje de la manecilla ó manubrio comunica con la red de las lámparas que deben encenderse; el contacto inferior y el de la derecha comunican con el polo positivo de la FÍSICA IND.

ELECTRICO

633

máquina de carga, cuyo polo negativo está ligado al polo positivo de la batería de acumuladores; por último, las placas negativas de los diferentes grupos formados en la batería, van á parar á los contactos intermedios de la fila superior. Para cargar la batería se coloca la manecilla en el contacto de reposo; ·se quita la clavija inferior y se conserva la de la derecha. Para descargar la batería, se quita la clavija interior, se conserva la de la derecha y se coloca la manecilla eri el contacto unido por esta clavija al contacto de la derecha. La comunicacion con la máquina de carga se supone interrumpida. . Para descargar la batería y mantenerla' al propio tiempo en carga, se. quita la clavija inferior, se deja la de la derecha y se coloca lá manecilla en el contacto correspondiente al nlimero de elementos que se utilizan. Tomando Montaud por punto de partida las condiciones impuestas por la ciudad de París para la distribucion de la elyctricidad, ha estudiado la canalizacion de todo un sector utilizando los acumuladores como transformadores de corriente continua, que sirvan al propio tiempo de depósitos de electricidad. Segun el autor, esta es la mejor solucion que puede darse al problema y tambien la más económica. Montaud supone que este.sector tendrá rno metros en las fortificaciones y r metro en la Cité; que el desarrollo de la red tendrá 50 kilómetros de extension, comprencl.iendo sus derivaciones y que el concesionario alimentará unas 56,000 lámparas de IO bujías de rno volts y 0'3 amperes· ó. sean 30 watts por lámpara. Con una sola fábrica, empleando los procedimientos ordinarios, esta distribucion, exigina conductores de 8,400 milímetros cuadrados de seccion. Montaud no insiste, sin embargo, en adoptar, en principio, una sola.fábrica central por sector, y -adopta un sistema de distribucion y de transformacion con máquinas de corriente _continua y acumuladores. Para poder reducir la seccion de los conductores, conservando constante el número de watts á suministrar, Montaud disminuye el número de amperes y aumenta el de los T. ll. -

FÍSICA INDUSTRIAL 634 volts y, si se recuerda que, por definicion, el otro grupo se pone en carga; así, por medio watt es el producto de un volt por un ampere, de estas substituciones muy rápidas, los períoes fácil comprender que el procedimiento in- dos de carga sólo duran dos minutos y se obdicado permite, variando los factores, obtener tiene una gran fijeza de corriente en el circuíto de alumbrado. un producto constante: • volt X ampere Interruptor de reso1"te.-La fig. 386 reprewatt. senta este interruptor, aparato que permite Hé aquí las conclusiones de Montaud. hacer pasar la corriente ó interrumpirla ha50 kilómetros de largo; 18 milímeciendo girar ef boton superior como se hace tros de diámetro, 6 sean 254 mill- con una llave. Lleva al propio tiempo un cortaC bl _metros cuadrados de seccion para a e.· : ' · · · circuíto de placa de plomo y está p,rotegido por 500 amperes; gran aislamiento. una tapa de metal cuya posicion representan tt Tension del circuí to J ,6000 volts. l 8 Intensidad. . . . . . . . . ¡ l. oo,ooo wa s. las líneas de puntos. Este modelo está destiolts, 0' 3 amperes, 6 nado á una corriente de 5 amperes. { 56,000' 100 , sean 30 wats. Lamparas. . . . - Aparato Browett.-Este pequeño aparato 1.680,000 watts. • no es más que un conmutador de form~ espeFuerza necesaria. . 2400 caballos; disponibles 3000 cial que permite, tirando del anillo inferior caballos. . ro motores de gran velocidad, qne (fig. 387), encender · una lámpara eléctrica si cada uno acciona directamenfe está apagada ó apagarla si está encendida. M t 0 en una dinamo y puede desarro- Desde luego es un interruptor dispuesto de tal ores. · · · · llar 300 caballos cada cual. modo, que el mismo manejo sirve para cerrar 10 dinamos de corriente continua, escitadas en derivacion, 200 vuel ó abrir el circuíto. El órgano esencial es una Dinamos. . . . . espiga susceptible de girar alrededor ae un eje tas, 450 volts, 500 amperes. horizontal, el cual lleva en su parte superior 6280 acumuladores, cada uno de 6 metros cuadrados de superficie una prolongacion triangular. Ar tirar del aniútil , de r .100,000 francos de vaAcumuladores. lor; entretenimiento anual 8' 5 llo, una plancha vertical, fija al extremo de un resorte, ejerce presion sobre esta pieza y, . por 100. . segun el lado del triángulo que encuentra, Sistema Edumuds.-Este sistema de distri- acciona en un lado ó en otro del eje y balanbucion, muy usado en lnglaterra, consisté en cea la espiga hacia la derecha ó la izquierda. En cotocar grupos de acumuladores en el domi- el primer caso, los extremos de esta espiga se cilio de los consumidores. El rno_delo emplea- colocan debajo de dos piezas metálicas unidas do es el acumulador E, P, S, de que ya hemos á los hilos y ci~rran el circuíto: entonces la lámpara se enciende. tratado al principio. En el segundo caso, la espiga toma la posiToda la economia del sistema consiste en un funcionamiento de las baterias, de las cuacion que representa la figura y el circuíto se les una parte de ellas se carga mientras las abre, resultando que la lámpara se apaga. El otras se descargan. Un conmutador automá- resorte más largo sirve para mantener lapatico opera las permutaciones en tiempo opor- lanca en la posic;:ion que se le ha dado. Boton,.-Salomon para encender y apagar.tuno. botan permite obtener el mismo. efecto E'ste Durante todo el tiempo de actividad, es decir, mientras las lámparas de la red están con igual facilidad. Exteriormente tiene la encendidas, no se verifica jamás ni carga ni forma de un botan de timbre. Et1 ·su interior descarga completas de la batería, sino una esse encuentra una rueda de gatillo con ocho pecie de compensacion mantenida por la car- dientes y provista de cuatro clavijas perpenga de ciertos grupos que compensan las pér- diculares á su plano. El b0ton en sí tambien didas ocasionadas por la descarga producida lleva una clavija que toca uno de los dientes en los otros. Así que la descarga produce una y hace avanzar la rueda de un octavo de baja de potencial determinada en el circuíto, yuelta cada vez que se le comprime. Al lado un nuevo grupo de elementos entra en funde la rueda se halla una planchita de laton en cion por medio del conmutador automático; forma de resorte á la que tocan las clavijas de

¡ ~

ALUMBRADO ELÉCTRICO

la rueda para cerrar el circuito. Si no pasa corriente, una presion que se eferza en el boten hace avanzar la rueda de un octavo de vuelta y produce el contacto de una de las clavijas con el resorte; una nueva presion la hace avanzar de una cantidad igual é interrumpe ]a corriente. El boton se conserva siempre en la misma posicion por medio de un resorte cilíndrico. Basta, pues, oprimir el boten para que se enciendan una ó varias lámparas, y oprimirle nuevamente para que se apaguen. Botan-conmutador Saloman. -Este boton tambien se destina para encender y apagar una lámpara por la presion ejercida igualmente sobre un boton. Este aparato es muy semejante al anterior, pero su mecanismo es más complicado. El boton forma la cabeza de una espiga cuya parte inferior está provista de un gatillo que, á cada presion del dedo, hace avanzar de un diente una rueda de gatillo . Esta rueda da movimiento á otras dos dentadas tambien, con la mitad menos de dientes que la primera. Estos dientes rozan con dos resortes que comunican con el circuíto que contiene la lámpara; cuando tocan los resortes, cierran el cir.cuíto y la lámpara se enciende; le interrumpen, por lo contrario, cuando cesan de estar en contacto con los resortes. A causa del número de dientes de estas ruedas, es claro que las presiones sucesivas producirán y harán cesar alternativamente el contacto. Desde luego, un mismo movimiento servirá para el alumbrado y la extincion. Lo mismo que en el aparato anterior, el. boton se conserva siempre en la propia posicion de rigidez por medio de un resorte. La fig . 388 representa este aparato, á la izquierda en forma de pera y á la derecha en forma de boton. Para instalar el boton, se hacen pasar los dos conductores por el agujero A y se les fija desnudos en B y C. El último comunica con el gatillo del boton y el primero con el resorte, cuando baja por efecto de la presion de las clavijas. Aparato Radiguet.-Si las distintas partes de una habitacion ó de una casa están provistas de este aparato (fig. 389) bastará oprimir un boton al pasar de una pieza á otra para apagar la lámpara que se encuentre en la primera y encender otra situada en la pieza en

635

donde se entra. Desde luego, sin necesidad de llevar lámpara alguna en la mano, se puede recorrer fácilmente con luz toda la casa. Este pequeño aparato se compone de dos electró-imanes de una sola bobina dispuestos á ángulo recto. Si se hace pasar una corriente por el electro-iman vertical, su armadura es atraída y cierra el circuíto de la lámpara, que por este hecho se enciende. Corno esta armadura se mantiene en esta posicion por la del segundo electro, permanecerá en ella aun despues de soltado el boton, cuando el electro vertical deja de ser activo. Ya no sucede lo mismo si, con un segundo boton, se pone en accion el electro de bobina horizontal, que atrae entonces su armadura; al moverse ésta, suelta la del primer electro, que, bajo la influencia de un resorte, se separa y adquiere su posicion de reposo, interrumpiendo de este modo el circuito de la lámpara y apagándose ésta. Apoyando en este segundo boton, se produce un doble efecto: al hacer pasar la corriente por el electro horizontal del primer aparato se la hace pasar al mismo tiempo por el electro vertical del segundo y, por consiguiente, se enciende la segunda lámpara y se apaga la primera al mismo tiempo. Supongamos ahora que se quieran alumbrar cuatro piezas de un modo intermitente por este sistema. Al penetrar en la primera se encuentra á la derecha un primer boton a que env_ia la corriente al electro vertical del primer aparato A y, por consiguiente, enciende la primera lámpara. Al pasar á la segunda pieza, se toca un segundo boton b situado igualmente á la derecha, que envia la corriente al electro horizontal de A y al electro vertical del segundo aparato B, de suerte que se apaga la primera lámpara y se enciende la segunda. Continuando así, se encontrarán otros dos botones e y d para encender la tercera y la cuarta lámpara y apagar la segun-. da y la tercera. · Al volver en sentido contrario, se encontrarán otros cuatro botones situados al otro • lado, á la derecha siempre del individuo, que producirán, por consiguiente, el misffio efecto en sentido inverso. Este sistema ofrece además otra ventaja: facilita el alurnbradp aislado de las lámparas cuando el alumbrado deba ser de alguna du-

FÍSICA INDUSTRIAL

racion. En este caso, el aparato lleva una pera de doble contacto; si se ejerce presion eq A (fig. 389) se excita el electro-iman vertical y se enciende la lámpara, la cual se apaga oprimiendo en E. Las lámparas pueden estar fijas, si se quiere, en los mismos aparatos, ó á cierta distancia de ellos. Los hilos de comunicacion pueden ser, sin inconveniente , largos y finos; el grueso de los hilos de timbres son muy á propósito para este caso, por cuanto sólo transmiten la corriente destinada á excitar los electro-imanes, y no la que debe · accionar en las lámparas. pose poco, funcionar debe aparato el Si drán emplear las pilas Leclanché, particularmente aquellas cuyos carbones tienen mucha superficie. Si el empleo debe ser más frecuente, es preferible emplear pilas más enérgicas que no se gasten en circuíto abierto. Radiguet emplea para ello su pila de bicromato, de dos líquidos. Tambien pueden emplearse los acumuladores , suministrándo les diariamente la cantidad que hayan perdido, ó cargándo~os por medio de una pila de· derrame. Alumbrador temporal de Aboi'lard.-E l aparato automático de Aboilard sirve para mantener una lámpara eléctrica encendida durante el tiempo que se quiera, variable, por otra parte, segun el reglage del aparato, y apagarla luego automáticame nte, sin necesidad de intervenir en ello. Está formado este aparato de un pequeño reloj (fig. 390) que se intercala en el circuito y le mantiene cerrado mientras está en marcha y le abre al pararse. Un cuadrante con aguja indicadora permite regular el aparato, es decir, disponer un tope que pare el movimiento al cabo del tiempo que se desee. Para encender la lámpara basta tirar del cordon que sirve para montar el mecanismo, con lo cual pasa la corriente y la lámpara funciona. Al pararse el reloj, el circuíto se abre y la lámpara se apaga por sí misma. Alumbrador tem,poral de Radiguet.-E l aparato Radiguet(fig. 391) permite igualmente encender una lámpara durante un tiempo variable de algunos segundos á varios minutos. Oprimiendo un boton semejante al de un timbre, se comprime una pequeña bolsa llena de aire puesta en comunic~cion, por medio de un tubo, con un fuelle análogo al de un tim-

bre de aire. La presion ejercida expele el aire hácia el fuelle, que se hincha y ievanta un vástago vertical provisto de un peso que cierra el circuíto y enciende la lámpara. Segun el reglage del aparato y el valor de la presion ejercida, empleará el aire un tiempo más ó menos largo en volver al boton y, continuando el paso de la corriente durante este tiempo, la lámpara permanecerá encendida. Lámpara automátlca. -Cuando una lámpara se encuentra apagada accidental ó voluntariamente, el circuíto de que forma parte está roto y, por lo tanto, apagadas todas las lámparas que contiene. Este inconvenient e se evita montando cada lámpara en una derivacion especial pero como esto no siempre es posible, es preferible reemplazar la lámpara con otra, si el accidente es casual, ó por una resistencia igual, si es voluntaria, para ·que no atraviese los aparatos una corriente demasiado intensa. Son algunos los instrumentos que permiten hacer esta substitucion automática, al apagarse una lámpara. La lámpara automática de Gerard, se compone. de un electro-iman recto de hilo fino montado en derivacion al lado de-la lámpara. Dos vasos de hierro, situados en la parte inferior, y llenos de mercurio, forman parte de una segunda derivacion, que contiene la lámpara de auxilio, ó una resistencia equivalente. Como estos dos vasos no están en comunicacion cu'ando la lámpara funciona, esta derivacion no está recorrida por ninguna corriente. El electro-iman lleva una armadura que, por medio de un gancho, soporta un travesaño de hierro al que están fijos, dos vástagos cilíndricos del mismo metal. Cuando la lámpara está encendida, el electro solo recibe una corriente muy poco intensa é incapaz de atraer su armadura. Mas, cuando se apaga, la corriente toda pasa por el electro, y atrae la armadura, la cual balancea y abandona el travesaño y los cilindros de hierro; estos caen en los V?SOS y cierran la derivacion, de suerte que la lámpara está sustituíd_a por otra ó por una resistencia igual. Aparato substitut'dor Reynier. -Reynier ha imaginado para sus lámparas de incandescencia, un pequeño aparato que puede aplicarse igualmente á cualquier otro sistema y sirve

637 auxilio puede sustituírse por una resistencia equivalente . Conmutador .automático Xi/ra aplicado á la lámpara Gramme-Nysten.-Sabida es la importancia que tiene en el alumbrado por arco voltáico la disminucion de la longitud de las líneas; sabido es que, para conseguir este resultado, con viene emplear muchas lámparas en série alimentadas por un solo circuíto, y que no prestándose á esta forma de division _ de la luz las antiguas lámparas llamadas monó/otas, se inventaron las lámpa,:as en derivacion, entre las cuales la que da la luz más regular y fija es la de Gramme-Nysten. Todavia se tropezaba con un inconveniente que, aunque se presentaba con poca frecuencia, era siempre objeto de algun temor. Si una lámpara de uno de los circuítos se apagaba, al hacerlo, rompía el circuíto de sus compañeras, las cuales habian de apagarse forzosamente. El Sr. Xifra ha remediado con suma habilidad este inconveniente por medio del conmutac;lor de su invencion. El objeto del conmutador es ·conseguir que al romperse el circuito en una lámpara, por este mismo hecho, la lámpara desarreglada se queda inmediatamente fuera del circuíto, encargándose el conmutador de proporcionarle en el acto otro camino á la corriente para alimentar las demás lámparas. El nuevo camino ofrecido á la corriente, el puente echado por el conmutador p,ara que el fluido pueda pasar cuando se le cierra el ordinario camino de los carbones, puede contener una resistencia análoga á la de la lámpara, con lo cual el régimen del circuíto no se altera en poco ni en mucho; mas esto, aunque más completo y exacto, no parece absolutamente necesario en un circuíto que tenga ya cinco ó más lámparas. La fig. 394 es un esquema para indicar solamente ·aquella parte de la lámpara GrammeNysten necesaria para comprender el juego del conmutador, así como este nuevo órgano. La marcha de la corriente, cuando la lámpara funciona, está señalada por las flechas. Cuando no hay corriente, el carbon positivo S desciende por su propio peso hasta descansar sobre el negativo. Si entonces viene la corriente, se hace activo el electro E; éste -

ALUMBRADO ELÉCTRICO

para los mismos usos que el anterior. Al llegar el conductor principal CC (fig. 392) al .aparato, se divide en dos circuítos de igual resistencia, de los cuales el uno contiene la lámpara L y un electro-iman, y el otro otra lámpara ó una resistencia equivalente R. Cuando la lámpara está encendida, el electro-iman atrae su armadura y se encuentra rotó el segundo circuítb al contacto del tornillo que termina esta armadura con la columna E. Así que la lámpara se apága, el resorte antagonista restablece el contacto y la corriente puede pasar por la segunda derivacion. La segunda parte de la figura representa el conjunto del aparato; C, C, son los hilos de línea, L, · L, los que van á la lámpara principal, y R, R, los de la resistencia. La fig. 393 representa tres focos luminosos montados en série, es decir, colocados uno despues de otro en un mismo conductor que sale del polo positivo P de la pila E para terminar al polo negativo N. Cada uno de estos focos L,, L,', L, 11 , está provisto de un aparato encendedor-substituidor montado en derivacion, como se acaba de indicar; de este modo no puede producirse la extincion total, puesto que la supresion de una de las lámparas hace pasar solamente la corriente por la lámpara de auxilio ó la resistencia equivalente que le corresponde. Estas resistencias están representadas en L, , L.' , L,11 • Conmutador substituidor automático de Clerc.-Destinado, como los dos precedentes, á reemplazar automáticamente una lámpara apagada por otra, este pequeño aparato tiene la ventaja de ser muy sencillo y no ocasionar ninguna molestia, siendo particularmente muy á ptopósito para las lámparas de incandescen, cia. Consiste en una bobina de tres centímetros de diámetro por ocho de alto, por la cual pasa la corriente que alimenta la lámpara que presta servicio. En estas condiciones, la bobina atrae y mentiene levantado un cilindro de plancha _de palasto muy ligero situado en el interior y en cuya parte inferior lleva dos puntas. Si la lámpara se apaga, cesa la atraccion del cilindro por la bobina; cae aquél y penetrando las dos puntas en dos vasos de mercurio, cierran un circuíto que contiene la lámpara de auxilio y por consiguiente se enciende ésta. Es evidente que la lámpara de_

638

FÍSICA INDUSTRIAL

atrae la armadura de hierro A; ésta, ligada invariablemente al carbon negativo l, le hace descender, separándolo del otro y formándose entre sus puntas el arco voltáico. Si la corriente que pasa por los carbones se · interrumpe por cualquier causa, cesa el electro A de ser activo; el resorte hace subí¡; la armadura A á su antiguo sitio. Veamos ahora cómo la armadura A con sus dos movimientos citados obra sobre el conmutador. Desarmada la lámpara de carbones, lapalanca-conmutadora C está en contacto con el botan Nen el punto K, por efecto del resorte antagonista r. Colocados los carbones, la ligera presion que el superior S ejerce sobre el inferior I, contrarresta en parte la tension del resorte r, y la palanca C, bajada un poco, queda incomunicada con el botan N. Esto es lo que realmente tiene lugar, por más que esta incomunicacion no sea del todo necesaria. Así las cosas, al llegar la corriente á la lámpara, entra por el botan P, y siguiendo el camino indicado por las flechas, pasa del carbon superior al inferior, sigue por la varilla V, recorre las espiras del electro-iman E; de éste pasa al botan N, por el cual sale de la lámpara para irá la inmediata del mismo circuito: En el preciso momento en que queda establecida la corrien.te, el electro-iman atrae con fuerza á su armadura, se efectúa la separacion de los car.bones, produciéndose el arco luminoso. La palanca C, siguiendo por efecto de su propio peso á la armadura A, se queda en la posicion que indica la figura. Así continúa mientras no se extingue el arco; pero, si por rotura de los carbones ó por defecto en el mecanismo que regula el descenso del carbon positivo, viene á extinguirse, se rompe, como es natural, el circuito entre los dos carbones. Instantáneamente deja de obrar el electroiman é imperando el resorte antagonista, se eleva la armadura y empujando á la palanca C _la pone en contacto con el botan de salida. La corriente que ha quedado sin poder pasar por entre los carbones, encuentra otro pas.0 'espedito, siguiendo por el camino P m RéKN. Estas acciones se suceden de una manera

tan instantánea, que la extincion de esta lámpara apenas afecta en lo más mínimo á las restantes lámparas del circuito. , Sustituida la resistencia eléctrica, que ofreciera la lámpara extinguida, por otra resistencia R, formada de ca1bon ó de alambre, hace que no se altere la regularidad en el funcionamiento de las demás, y permite practicar la separacion debida, tomándose todo el tiempo que sea menester. Corregido el desperfecto, se deja descender el carbon superior; así .que éste llega á tocar al inferior, se deriva por ellos una parte de la corrienteJ siempre bastante para que el electro-iman E atraiga ligeramente á su armadura y se rompa el contacto eti. K. Instantáneamente la corriente toda pasa por entre los carbones y por el electro-iman, cuya accion se refuerza atrayendo de un modo brusco á su armadura y produciendo la separadon rápida de la palanca-conmutadora. El arco eléctrico queda restablecido al mismo tiempo. Aquella separacion, que al parecer se hace en dos tiempos consecutivos, se verifica con tanta rapidez que apenas se nota la produccion de una pequeña chispa. Sin embargo de que estas conmutaciones son poco frecuentes, atendida la buena marcha de las lámparas que hasta hoy se han aplicado, los puntos de contacto están protegidos con pequeñas piezas de plata, metal que presenta la particularidad de que el óxido que se forma por efecto de las pequeñas chispas, siendo buen conductor del fluido eléctrico, • asegura siempre un buen paso á la corriente. Las lámparas Gramme-Nysten que están provistas del nuevo conmutador automático, funcionan admirablemente. Del mismo modo puede aplicarse á las lámparas de otros sistemas en los cuales la separacion de los carbones para la formacion del arco se haga por un medio análogo al 9-e la lámpara Gramme. En · los demás sistemas puede tambien aplicarse intercalando en el circuito principal de la lámpara un electro-iman especial al efecto. Semejante regulador iunciona admirablemente hace ya cerca. de siete años, en todas las lámparas que para el alumbrado público y particular tiene instaladas en Barcelona la Sociedad Española de Electricidad.

ALUMBRADO ELECTRICO

Luz eléctrica portátil.

PORTÁTILES.-Para completar la enu.meracion de los varios tipos de alumbrado eléctrico, falta tratar aun de los aparatos compuestos de una lámpara de incandescencia de poteneia variable y un caudal capaz de funcionar durante cierto tiempo. Este caudal puede ser una pila ó un acumulador. Estas lámparas portátiles afectan varias formas, segun los varios usos á que se las destine. Algunos constructores fabrican lámparas de esta clase para el alumbrado de las habitaciones y les dan la forma de la lámpara ordinaria (fig. 395), cuyo pie contiene el caudal de electricidad, pila ó conmutador; pero generalmente es una pila de bicromato. El zócalo comprende ocho compartimientos · aislados que contienen el líquido; en la parte superior está suspendida una placa aisladora que lleva zincs y los carbones unidos en tension. Basta dar ·cierto número de vueltas con la llave para encender la. lámpara, con lo cual las placas se sumergen en el líquido; sumergiéndolas más ó menos se obtiene mayor ó menor intensidad. Estos aparatos contienen ordinariamente de dos á tres (3) litros de líquido y pueden alumbrar durante cuatro ó cinco horas. A pesar de la sencillez aparente de estos aparatos, no resuelven C<?mpletamente el problema del alumbrado particular, por el sinnú:mero de inconvenientes que presentan. Aparte de su precio muy elevado, la necesidad de tener que cambiar diariamente el líquido, el peso de los aparatos, el peligro que podria resultar de su caida y otras causas, dificultan su empleo. LÁMPARAS ELÉCTRICAS DE SEGURIDAD. - Si bien las lámparas portátiles no son del todo apropiadas á un alumbrado regular, sin embargo, podrán ser muy útiles en algunos casos, cuando solo. se necesite luz por un tiempo muy corto ó cuando. en el espacio alumbrado haya materias inflamables. Entre estos aparatos se encuentran las lámparas de seguridad de Trouvé ; que se dividen en dos clases. Las unas · se encienden por sí mismas en cuanto se ·las deja sobre una mesa ó sobre el suelo, ó se las suspende por un LÁMPARAS

lazo ó presilla J que llevan (fig. 396); y al revés, se apagan expontáneamente cuando se las suspende por el asa-empuñadura que llevan en lo alto (fig. 397). Hé aquí su descripcion:·· A, B, botones que sirven al mismo tiempo para fijará la caja D la guarnicion C y · la correa de cuero. E, tapa bi:.jo la cual están fijadQs los elementos dispuestos en tension. F, asa-empuñadura articulada para suspender el aparato y transportarlo sin que funcione, ó sea en reposo. G, H, dos pequeñas llaves que permiten suprimirá voluntad la funcion aµtomática del a para to. J, presilla ó lazo para colgar el aparato á la cintura. En ambas clases de aparatos, estos se componen de una caja ó vaso de compartimientos que forma el recipiente de una pila Trouvé de bicromato de potasa. La tapa lleva los els!mentos y la lamparita eléctrica, la cual, para evitar todo riesgo ó accidentes, va encerrada en una doble probeta de vidrio de paredes gruesas, y en ella se puede poner agua ó un gas no inflamable ni' comburente, como por ejemplo el ázoe. En la práctica basta la probeta_ conteniendo simplemente aire, y protegida á su vez de los choques por una jaula metálic1;. La linterna que contiene dentro la lamparita de incandescencia no siempre se fija perpendicularmente sobre la t_apa, sino en un costado, como se vé en la fig. 398. Esta lámpara eléctrica universal, de seguridad, portátil, automática, regularizable é ininvertible está representada en la figura en estado de reposo, ó sea apagada é inclinada, para hacer ver la eficacia del paracaidas-soporte. La fig. 399 representa la misma lámpara en funcion, ó sea encendida. Se enciende al c9jerla y se apag~ al soltarla. La ausencia de conmutador y el estar contenida la lámpara de incandescencia en una linterna de muchas envolturas protectoras de vidrio, le dan una seguridad absoluta. La tapa del aparato lleva los elementos montados en tension, y la lámpara puede subir ó descender con ella en la caja ó vaso . de compartimientos, en donde está la disolu-

FÍSICA INDUSTRIAL

cion concentrada de bicromato sobre-saturado, de Trouvé·. Bien se deja comprender que cuando la tapa desciende, los elementos, ó por mejor decir, los electrodos de estos, se bañan en el líquido excitador; la corriente de la pila se produce y la lámpara se enciende (fig. 396). Cuando la tapa sube, los electrodos salen del líquido, cesa la corriente y la lámpara se apaga. Sí, pues, imaginamos un asa-empuñadura fija á la tapa del aparato, á la cual uno ó muchos topes impidan la completa separacion de la caja, se·comprende fácilmente que, cogiendo esta asa con la mano para transportar el aparato (fig. 397), la lámpara no se encenderá; al paso que, en c~anto se la deja sobre un apoyo, ó se la cuelgue el operario á la cintura por la presilla ó_ lazo J, fijado á la caja D, que constituye el vaso de la pila, los electrodos se sumergirán en el líquido y la lamparita se encenderá por sí misma. Este primer II!.Odelo, que se engancha á la cintura del operario, ó se lleva en bandolera por medio de la correa que se ve en los dibujos, está hecho especialmente para los bomberos, los lampistas, los dependientes de las fábricas de gas, y para el servicio de todas aquellas industrias, fábricas y talleres donde hay que inspeccionar sitios peligrosos por los gases inflamables ó explosivos que puedan contener. En el segundo modelo, redondo, destinado sobre todo al uso doméj,tico, la empuñadura que sirve para coger con la mano el aparato, no esfá fijada sobre la tapa de ésté, como sucedía en el anterior, sino sobre la caja ó vaso de ebonita que lleva los compartimientos. De aquí resulta que, cuando se tiene en la mano el aparato (fig. 399), la tapa y los electrodos que éste lleva descienden, de modo que se establece la corriente y se enciend~ la lámpara. Al re_vés, los electrodos suben con la tapa, y salen del líquido excitador en cuanto se coloca sobre un apoyo ~l aparato (figura 398). Para conseguir este objeto hay una varilla central relacionada con la tapa por medio de un resorte de tirabuzon y una tuerca; dicha varilla atraviesa el centro del vaso de parte á parte, y tropieza contra la superficie de apoyo en cuanto se va á' dejar el aparato en tierra ó sobre un mueble. La varilla central termina inferiormente en una ancha

placa circular (fig. 399) que aumenta la superficie de apoyo. Basta, como se vé, cojer con la mano el aparato para que surja inmediatamente la luz, y se comprende el número grande de útiles aplicaciones á que se presta. En todos los e.ases, é independientemente de las cualidades de sencillez y de facilidad de manejo, los aparatos Trouvé, tienen una seguridad absoluta, puesto que. la accion de encenderse ó de apagarse la lámpara depende de que los electrodos se introduzcan en el líquido excitador, ó salgan de él. No necesitan estos aparatos ningun conmutador; cosa importante, porque la rotura del circuíto por medio de conmutador, ó el restablecimiento de la corriente, origina chispas, las cuales, sobre deteriorar los contactos, podrían por sí mismas causar la explosion que se quiere evitar. Lo que precede viene á justificar una parte del título dado por Trouvé á su lámpara universal, esto es, su portatt'Udad, su automaticidad, su seguridad. Tambien son regulari'f_ables é ininvertt'bles estos aparatos. Además de estas lámparas de seguridad puede usarse con el mismo objeto el /otóforo frontal de Trouvé.· La fig. 400 repr_esenta un operario provisto de la lámpara de seguridad y otro provisto del fotóforo. Este ti~ne la inmensa ventaja, no solamente de permitir la entrada sin riesgo en un sitio peligroso, sino de dejar libres ambas manos al operario, el cual llevando la luz en la frente, alumbra natural y expontáneamente y sin cuidarse de ello, el punto preciso á donde dirije la vista. Esta lámpara se emplea muy corrientemente por muchos ingenieros, industriales y marinos. Couvreux y Hersent, constructores del canal de Suez, del de Panamá y del puerto de Amberes, han empleado esta lámpara para el alumbrado interior de sus campanas de buzo. La compañia parisiense de gas se sirve de ella para la investigacion de los escapes en sus canalizaciones. El teniente de navío de la marina francesa, Perrin, ha aplicado las lámparas y fotóforos Trouvé p_ara determinar la posicion de un buque durante la noche. · En la lámpara representada en las figs. 398

ALUMBRADO ELÉCTRICO

y 399, la varilla central terminada por el platito G está provista en su parte superior de un tornillo de paso muy largo, sobre el cual obra el botan H. Hay un resorte cilíndrico que envuelve la varilla central; este resorte es suficientemente rígido para levantar los elementos por el intermedio de la varílla, y sin embargo, bastante flexible para dejarse comprimir atornillando el botan H, con lo cual se consigue hacer penetrar más ó menos los elementos en el líquido, y moderar, por lo tanto, la intensidad de la corrient~ y la de la luz. Segun se tenga más ó menos intensidad, se desvirtua el líquido excitador con más ó menos lentitud. . Segun los datos del inventor, en los dos modelos de aparatos, la duracion constante del alumbrado es, para cada uno, de tres horas, y la intensidad luminosa. de 4 á 5 bujías. La potencia luminosa llega de 12 á 15 bujías asociando dos aparatos con una lámpara eléctrica apropiada. Para conseguir hacer el aparato ininvertible, utiliza Trouvé unas varillas dispuestas como las de un paraguas, suspendidas libremente y articuladas á los collares C y E. Si se inclinara el aparato y amenazara la caída, se opondrían á ello las varillas .. Al quererse_·desmontar el primer aparato (figs. 396 y 397), para su limpieza ú otra causa cualquiera, se destornillan los dos botones A, y B para levant~r. el collar C y separar los elementos de la caja D, sobre la cual no quedará ninguna pieza metálica; esto tiene importancia porque permite el lavado_perfecto y el empleo para ello si se quiere de mucha agua. En cuanto al segundo modelo (figuras 398 y 399), estando el asa-empuñadura fijada por su propia elasticidad al collar C, lo mantiene todo, y basta levantarlo para separar el vaso de su caja metálica, y lavarlo. La montura se hace con la misma facilidad, puesto que se compone de las mismas operaciones verificadas en sentido inverso. Además de las aplicaciones de estos aparatos, que ya hemos indicado, para los bomberos, operarios lampistas, poceros, mineros, destiladores, fábricas, almacenes, depósitos de pólvora, marina, observatorios, etc., en los pasos á nivel de los caminos de hierro, proporcionarán estas lámparas·una luz viva para las FÍSICA lND.

señales, luz que no ahuma los vidrios, que el viento no puede apagar jamás por fuerte que sea, y que Iio oscila. En los teatros, para cualquier accidente que pueda ocurrir, nada más fácil que la instalacion de estas lámparas eléctricas, convenientemente distribuídas y que se encienden por sí mismas. En la vida del campo, para alumbrar el camino en uha noche oscura y de viento, nada será más cómodo. Las figs. 4or, 402, 403 y 404 representan cuatro modeios distintos, de estas lámparas p9rtátiles, las cuales no difieren de las ya explicadas más que en algunos pequeños detalles, corno por ejemplo, en la situacion de la bombilla con el carbon incandescente. La fig. 401 es una lámpara portátil Trouvé con luz de costado. La fig. 402 es una lámpara portátil Trouvé rara carruajes. La fig. 403 es una lámpara portátil Trouvé doméstica ininvertible. La fig. 404 es una lámpara portátil Trouvé doméstica inin vertible. La fig. 405 representa un corte de la lámpara ( fig. 399), para dejar ver el vaso donde van encerrados los element0s de bicromato de potasa. Este aparato doméstico pesa, cargado y pronto para funcionar, 3 '3 kilógramos. Contiene seis elementos de bicromato de potasa dispuestos en tension. Cada uno de estos elementos se compone de tres cilindros de car bon y de ,un cilindro de zinc, con una provision de · 100 centímetros cúbicos de la disolucion salino-ácida. El ,peso de cada cilindro de zinc, que contiene de 8 á 10 por 100 de mercurio, es de 85-gramos, ó sean 500 gramos para los seis elementos. La fuerza electro-motriz de cada elemento, segun Hospitalier, es de 1'9 volts; la resistencia 0'33 ohms. La intensidad de la corriente producida por la pila de la lámpara varía, corno sucede en todas las pilas, con la resistencia exterior. En las condiciones de trabajo útil máximo, esto es, cuando la resistencia exterior es igual á la de la pila, la intensidad de la corriente dada por un elemento ó por la pila (puesto que la resistencia total es el doble de la del r.

Il.-81

FÍSICA INDUSTRIAL

elemento), es I

1'9 = ----,-~= 3 amperes pró0'33 X 2

ximamente. Esta es, pues, la corriente que puede dar la pila. Cuando la pila hace funcionar la lámpara; los experimentos han dado : Intensidad de la corriente. . . 1 ' 2 amperes. Volts disponibles en los polos . 8'4 polts.

no enrojece, se vei;ifica la combinacion, y la cantidad de líquido coloreado que sube por el tubo indica la pruporcion de grisú que contiene la atmósfera. La lámpara portátil Woodhouse y Rawson, (fig. 408) está contenida en una caja de encina, provista de una gruesa correa que permite llevarla en la mano. El, foco está fijo en el frente, lleva un fuerte lente y su brillo se refuerza con un reflector. El interior de la caja contiene un acumulador, susc~ptible de cargar con una pila ó con una d.inamo, y que, con ·carga completa, puede dar luz por espacio de diez y seis horas. Otros varios inventores han construído igualnrnnte lámparas de incandescencia portátiles para el alumbrado de las minas. Schauschieff emplea una pila de cuatro elementos de sulfato ácido de mercurio, de zinc y de carbon; el modelo destinado á l0s mineros solo pesa 1'5 kilógramos, produce un brillo de media bujía durante ocho horas, _y solo gasta diez céntimos. Walker utiliza elementos de bicromato de potasa. La lámpara Pitkin, la lámpara Waughson, la del Portable electric lamp and power Syndicate y la de Swesta, llevan acumulado res; esta última contiene un sistema automático que interrumpe ta corriente si la lámpara se rompe, con lo cual resulta una extincion que impide las explosiones. El peso de estas varias lámparas varía entre dos y cuatro kilógramos.

La lámpara eléctrica absorbe, pues, una energía por segundo que vale 1'2X8'4= ro amperes volts próximamente, ósea un kilográmetro. Si la lámpara produce, por término medio, .una intensidad de cuatro bujías, tendremos que costarán ún kilográmetro por segundo. Atendiendo al caso particular del alumbrado de las minas, Edisson ha construído un modelo de lámpara de incandescencia para colgarla en las paredes de las galerías. Para evitar cualquier accidente, la ampolla luminosa está cubierta con una campana de vidrio llena de agua. Tambien con el mismo objeto, Swan ha construído la lámpara representada por las figs. 406 y 407. Un acumulador compuesto de cuatro elementos.. agrupados en un bloéh de gutapercha (fig . 407)- asegura un alumbrado de diez horas del valor de 1 á 1'3 bujías; los elementos se componen de cilindros de peróxido de plomo cuya alma es un hilo de plomo ;= el aparato pesa algo más de tres kilógramos y cuesta unos 33 '75 francos; el entretenimienAlumbrado de las canteras y de las explotaciones to no cuesta más que 35 céntimos por semana. agrícolas. Esta lámpara se emplea mucho en las minas de Inglaterra. Swan la ha completado con un En estas instalaciones se colocan los focos indicador de grisú, cuya lámpara se destina en el vértice de unos andamiajes de madera y únicamente á los inspectores. El indi< ador de un reflector proyecta los rayos luminosos hágrisú está basado en el principio de que una cia la parte que se quiere alumbrar. La mámezcla de aire y de grisú se combine con re- quina generatriz se alimenta por medio de una duccion de volúmen al hallarse en contacto locomóvil. ·Aveces la lámpara está situada en un carro con un hilo calentado a¡ rojo . El aparato contiene un hilo de platino muy (fig. 409), montada en una série d_e paralelófino; enrollado en espiral, que enrojece por . gramos de hierro articulados, que, al desarroefecto de la corriente de una pila; un tubo, llarse, la elevan hasta ro metros, y plegados convenientemente medido, que contiene un ocupan muy poco espacio. La fig. 410 representa el tipo locomóvil; líquido de color, glicerina y agua, se pone en comunicacion con el aire de la mina y se cier- consta de un carro de cuatro ruedas que conra herméticamente con una llave; se cierra tiene todo el mecanismo. En la delantera hay despues el circuíto de la pila, el hilo de plati- una dinamo Gramme; entre ésta y la máquina

ALUMBRADO ELECTRICO

de vapor hay dos baterias de acumuladores, El alumbrado de los trenes comprende dos sistema Planté, de 25 elementos cada una. En partes bien distintas, el alumbrado exterior, una tabla vertical hay el cuadro de las co·m u- el que señala la proximidad ó la presencia del nicaciones con los aparatos de medicion; por tren, qué ilumina la vía y permite al maqui-óltimo, debajo se encuentra todo el servicio nista distinguir los obstáculos; y el alumbrade alumbrado propiamente dicho, que com- do interior, el de los coches, reservado únicamente al bienestar de los viajeros. prende los cables, las lámparas, etc. El alumbrado exterior de los trenes consisEl vehí~ulo está descubierto en parte, pues se preservan de la lluvia los órganos más de- tente en un fanal eléctrico colocado en el licados. Su peso es de 3,600 kilógramos y frente de la locomotora, no dió al principio cuesta 4' 500 francos, comprendido el material, los resultados que se esperaban. Los órganos mecánicos se descompooian por las trepidaciomenos los acumuladores. Las lámparas se pueden instalar en trípodes nes de la máquina y la lampara se apagaba. Posteriqrmente, Sedlaczek y Wikulille, de la forma representada en la fig. 41 r. En esta clase de instalaciones las únicas va- imaginaron una lámpara en la cual el moviriantes que pueda haber serán simplemente miento de los carbones se reglaba por medio de detalle; podrá ser más ó menos espaciosa de un líquido, y con ello se obtenía un funla instalacion, extenderse á una red explota- cionamiento más regular. Los dos porta-cardora más ó menos desarrollada, responder á bones A y B (fig. 412) terminan en unos pistaló cual necesidad, pero nunca serán las di- tones de gambú C D introducidos en un tubo ferencias tan esenciales que requieran uoa des- encorvado dos veces á ángulo recto y lleno de glicerina; los diámetros de las dos partes cripcion especial. verticales del tubo están calcuiados de tal Alumbrado de las estaciones de vías férreas. modo que á un movimiento del piston D, que La regularidad y la potencia del alumbrado soporta el porta-carbon nagativo, correspondesempeñan un papel muy importante en las da un movimiento dos veces mayor del pisestaciones de ferrocarriles, particularmente ton C que sostiene el porta-carbon positivo. La comunicacion entre los .]Jrazos verticales en lo relativo al movimiento de mercancías. En el interior, el sistema que se adopta condel tubo se verifica por el orificio a, y debajo siste generalmente en dirigir al techo los rayos de este orificio, en la parte horizontal, se muede las lámparas que, reflejados en todas direc- ve un pis ton P, que tiene un agujero, produciones, se difunden uniformemente por las sa- ciéndose el mismo efecto que eón las cajas de las, dando gran claridad y casi sin producir las máquinas de vapor. El movimiento de este pistan se debe á la paleta M del electro-iman sombras. En los tiglados de mercancías se colocan E que pivota en O y lleva un resorte antagoha-bitualmente postes que soportan los focos nista R. El electro-iman E está ligado al cirluminosos, repartidos segun la disposicion cuíto general. Si suponemos los carbones en contacto y general de los espacios cobijados, para alumel piston P en la posicion que representa la brar toda su superficie. figura, se ve que existe libre comunicacion Hoy dia se encuentra la luz eléctrica en la mayor parte de las estaciones principales. En entre las masas líquidas de los dos tubos verBarcelona la Compañía de los ferrocarriles de ticales. En este instante, la corriente atraviesa Tarragona á Barcelona y Francia tiene estael electro-iman y Jos carbones; la paleta M blecidos un sinnúmero de focos perfectamen- es atraida, llevado el piston P hácia la derete bien distribuídos en una extension muy cha, cierra el orificio a;_baja el piston D y surge el arco entre los dos carbones separaconsiderable. dos. Desde luego, el piston P obrará como Alumbrado de los trenes. regulador, y segun aumente ó disminuya la resistencia del arco, se moverá abriendo ó Esta es una mejora que se dejaqa sentir de cerrando el orificio a y, por consiguiente, algun tiempo á esta parte y que no tardará en aproximará ó separará los carbones. generalizarse.

FÍSICA INDUSTRIAL

Este sencillo sistema se ha aplicado al alumbrado exterior de los trenes en marcha sin que se apague la luz á la velocidad ordinaria de los Expresos. Los varios experimentos que se han practicado, tanto en Francia como en Alemania, permiten suponer que .el empleo de la luz eléctrica no altera ni la visibilidad ni el color de las señales de la via. No molesta ni almaquinista ni al fogonero, pero sí á los empleados en la via, por cuya vista pasa rápidamente un potente foco luminoso. El alumbrado de los coches de viajei-os por la electricidad es una cuestion que está á la órden del dia . Fuerza es reconocer que ni las lámparas de aceite ni los mecheros de gas que se emplean, dan la luz suficiente para poder leer con comodidad y hasta perjudican á veces la vista. Realmente en viajes, en particular si los trayectos son largos, se siente la necesidad de leer, y tanto es así que en Inglaterra se dice que un solo fabricante vende anualmente hasta 60,000 lamparillas de bolsillo para este uso. Cuatro sistemas son los que luchan en esta cuestion. Pilas primarias, acumuladores, dinamos, ó bien una combinacion de dinamos y de acumuladores. Elprimer sistema, ensayado en Inglaterra, para lo cual se construyeron pilas especiales, no dió resultados prácticos. Hasta el dia, ninguna pila primaria ha dado rendimientos económicos. . Aunque el empleo de acumuladores exige frecuentes trasbordos, y no dan más que una parte del trabajo gastado para cargarles, presentan no obstante la ventaja de asegurar la independencia de alumbrado en cada coche . Supongamos que cada vagon lleve una bateria de acumuladores fácil de desmontar, capaz de suministrar la corriente durante doce ó quince horas, que pueda sacarse tam bien con facilidad una vez agotada y reemplazarse por otra bateria cargada. En estas condiciones, basta organizar un servicio de recambio como el de los caloríferos. Falta considerar la parte económica. Varios vagones de los trenes americanos de Boston y de Nueva- York á Albany, están alumbra-.

dos con lámparas de incandescencia alimentadas por acumuladores Jullien. Veinticuatro lámparas de diez bujías, colgadas al techo, están instaladas en cada vagan y otras dos están situadas en las plataformas. · El alumbrado está calculado para diez horas, ó sean cuatro más que la duracion normal del trayecto_. Cada coche lleva 60 acu~uladores distribuidos en diez cajas de seis elementos agrupados en tension. Segun el autor, este alumbrado resulta á 38 céntimos por dia y por lámpara. El empleo de dinamos presenta más de un inconveniente. Una idea, seductora a priori, consiste en hacer mover la dinamo por la misma marcha del tren, haciéndola comunicar con las ruedas; pero como al retardar la marcha el tren, se debilita tambien la de las dinamos, y al parar aquél se paran éstas, en este instante se apagarían la? lámparas; desde luego deberá haber un motor especial para ellas; y aun así, no queda asegurada la independencia de las lámparas como con los acumuladores, puesto que debe existir forzosamente comunicacion eléctrica entre todos los coches del tren, lo cual implica un manejo más difícil. La com binacion mixta consiste en utilizar á la vez una dinamo y acumuladores, que es sin duda en donde podrá encontrarse la verdadera solucion. Varias son las disposiciones que se han ideado en este sentido; en la mayor parte de ellas, la dinamo está movida por uno de los ejes del furgon en donde está instalada, y la transmision se combina de modo que la rotacion de la máquina eléctrica se verifique siempre en el mismo sentido, tanto si el tren avanza como si retrocede. Son varios los ingenieros que suponen que las baterias de acumuladores deben situarse en cada coche para continuar el alumbrado en caso de rotura de los enganches ó de fraccionamiento del tren. Para economizar los onerosos gastos ocasionados por el empleo de acumuladores, Tommasi propone utilizar la electricidad durante la marcha y el gas durante. los paros. A pesar de todos estos ensayos, la cuestion queda todavia en pié y puede decirse que el alumbrado de los trenes por la electricidad constituye una excepcion, de la cual sólo se

ALUMBRADO ELECTRICO

encuentran contados casos en América y en Inglaterra. La direccion de los caminos de hierro en Francfort-sur-Mein, hizo hace tiempo algunos ensayos que se suspendieron ignoramos por que motivo, pero que han vuelto á emprenderse recientemente. Se ha elegido la línea entre Fulda y Sachxenhausen, distantes 160 kilómetros. El tren de los ensayos se compone de un vagan de equipajes, dos de 1. ª y de 2 .3 clase y uno de 3. ª. El furgon de equipajes lleva una máquina düiamo-eléctrica de la casa Mrehirng, de Francfort, y 26 acumuladores. El movimiento de uno de los ejes del vagan se comunica á la dinamo por medio de conos truncados y correa, arreglados de modo que sea constante la velocidad de la dinamo, aunque la del tren varie entre 30 y 70 kilómetros por hora; para ello hay un regulador especial. Por medio de un giratropo instantáneo, se rompe el circuíto de la dinamo en cuanto el tren se detiene ó marcha con una velocided inferior á 30 kilómetros por hora. En este caso, y por eljuego mismo del aparato, se intercalan los acumuladores en el circuíto. Mientras marcha el tren, la dinamo va cargando los acumuladores, de modo que la corriente de la dinamo pasa por los acumuladores y por las lámparas. Durante el dia, las lámparas no están en el circuíto de la dinamo, y sí solamente los acumuladores, los cuales se van cargando. Todos los aparatos están dentro de una caja de madera, para que no se enpolven y el peso total es de 600 kilógramos. La instalacion completa cuesta 2'500 marcos. En el tren hay doce lámparas incandescentes, de las cuales dos van colocadas en el furgon de equipajes, dos en el vagon de 3. ª y ocho en los dos vagones de I. ª y de 2.3. Los acumuladores y la dinamo podrían alumbrar aun dos vagones más. La instalacion para el alumbrado eléctrico cuesta de 6 5 á 80 marcos por vagan. Los gastos de explotacion por lámpara-hora ascienden á o'8 pfennigs. El alumbrado eléctrico es muy constante para las velocidades más variables del tren, notándose únicamente el cambio de los acumuladores por la máquina ó al revés. Durante un servicio de seis meses, los acumuladores no han perdido nada de su capaci-

dad de carga ni de su fuerza. Durante un viaje de ensayo, y despues de una carga preliminar de cuatro horas, han servido para alimentar las lámparas durante dncuenta minutos; despues de una parada de veinte y cuatro horas, daban aun una corriente suficiente para ali- . mentar las lámparas durante una ho(a. Esta instalacion es notable' por hacerse en ella automáticamente las regularizaciones, intercalaciones, etc. El conductor del tren no tiene que hacer más que mover un manubrio en el momento de partir. La compañia francesa de los Wagons-Lits ensayó tam bien un nuevo sistema de alumbrado eléctrico para ferrocarriles, obtenido por medio de pilas. Se ensayó este alumbrado en los vagonesrestaurants de la compañía. Cada vagon está alumbrado ·p or 2 r lámparas de incandescencia, de las cuales hay 19 de seis bujías y dos son de tres solamente. Las primeras están colocadas en derivacion sobre los polos de la bateria ·ó pila. Los elementos de esta pila están fabricados de modo que den una corriente de gran intensidad. Cada elemento comprende cuatro barritas de zinc relacionadas en cantidad y fijadas á la tapadera de hierro de la caja, la cual tapa constituye el polo negativo. Los zincs se bañan en un líquido excitador formado por una disolucion de bisulfato de mercurio en agua acidulada y contenido en un vaso poroso. EL electrodo positivo es de carbon, que se baña ó inmerge en un líquido despolarizante, obtenido, mezclando en ciertas proporciones ácido sulfúrico, ácido nítrico y bicromato de sosa. El todo va encerrado en una caja de madera parafinada y de ebonita. El elemento es hermético y pesa 14 kilógramos. Cada elemento tiene una fuerza electromotriz de 2'19 volts; en corto circuíto puede dar 3 5 amperes. Su resistencia, segun estos datos, será de 0'03 ohrns. La capacidad de este elemento es de 200 amperes-hora. Las 21 lámparas del vagan-restaurant están alimentadas por una bateria de 45 elementos, formando tres ~ilas en serie de r 5 elementos cada una, reunidas estas tres pilas en cantidad para formar la batería. En servicio normal, la diferencia de potenciales entre los polos de la

FÍSICA INDUSTRIAL

quiere conservar la luz durante cierto tiempo, se mueve un conmutador que cierra el circuíto. ALUMBRADO DE LOS COCHES, LANCHAS, TRICICLOS, ETC. - Señalaremos aun otra aplicácion de las lámparas de incandescencia para el alumbrado de los objetos móviles, si bien estas disposiciones, no están suficientemente ensayadas para poderlas juzgar con exactitud; sin embargo, será muy conveniente conocer el principio en que se fundan, por constituir una aplicacion muy interesante de la electricidad. En la disposicion adoptada por Aboilard para el alumbrado de los coches, la parte esencial comprende tres lámparas de incandescencia, dos en los faroles y el otro en el interior; los primeros están alumbrados constantemente y el último lo está con intermitencia. Cuatro pequeños acumuladores situados en una caja debajo del pescante y capaces para una lámpara de cinco bujías durante seis horas, son los que alimentan los faroles; otros acumuladores colocados en la caja del coche, se destinan á la lámpara interior. Los faroles contienen bujías de madera huecas (fig. 414) en cuya parte superior llevan un soporte de lámparas de incandescencia, y en la parte inferior dos bornes á que se unen los conductores y éstos á la lámpara por medio de dos Lamparillas eléctricas. hilos. El resorte cilíndrico que mantiene orla bujía, se conserva, para, en dinariamente La electricidad presta igualmente un gran servicio durante la noche, cuando se desee caso de accidente,' emplear el alumbrado haluz durante algunos instantes. Verdaderamen- bitual. Se puede -producir mejor efecto aun, colote es muy cómodo tocar simplemente un boton y ver surgir la luz, sin necesidad de buscando penachitos luminosos, alumbrados de car los fósforos . Como en este caso se trata de un modo intermitente (fig. 415), en la frente un alu~1brado de algunos instantes, las pilas de los caballos y en las escarapelas. de los Leclanché serán de mucha utilidad, y ofrecen sombreros del cochero y lacayo. Los primeros la ventaja de poder permanecer consta·nte- están en comunicacion con los acumuladores mente sumergidas sin necesitar remontarlas situados en la caja del coche por conductores ocultados por los arreos; los 0tros están alicon frecuencia. La fig. 413 representa una lamparilla eléc- mentados por pilas de bolsillo semejantes á trica de esta clase, que se puede colgar en la las que esplicaremos más adelante . Para las embarcaciones y los velocípedos, cabecera de la cama. Para obtener la luz basta oprimir el boten de una pera A, que consti- no se dispone el alumbrado absolutamente del tuye un interruptor, semejante al que se em- mismo modo, por no ser necesario diseminar plea en los timbres, de que ya trataremos. La la luz, de suerte que, es preferible disponer lámpara se apaga al soltar el'boton. Un mar- en la proa un foco único bastante intenso. Trouvé coloca en la proa una lámpara inco que se coloca debajo de ,la lámpara sirve . para colocar el reloj y saber así la hora. Si se tensa provista de reflector parabólico, alimen-

bateria es de 17 volts, y la intensidad de 17 amperes. Los ensayos llevados á cabo por la compañia de los Coches-camas se hacen en la línea de París-Bruselas y en la de París-Lila. . En el primer trayecto el alumbrado dura siete horas. L.a pila sirve para cuatro viajes, ósea durante veinte y ocho horas, sin que haya necesidad, durante este servicio, ele cambiar los líquidos. Entre París y Lila, la bateria puede efectuarseis viajes porque la duracion del alumbrado en cada uno es de 4'5 horas. La corriente que da la bateria tiene una intensidad constante y la luz una gran fijeza, cosa que se comprende fácilmente, porque las trepidaciones del tren facilita°: la despolarizacion de los electrodos positivos. En cuanto al coste de la luz, es naturalmente más elevado que con el aceite; pero aseguran que la diferencia no es tan grande que constituya un obstáculo para su adopcion, dado el aumento de luz que se obtiene en los vagones. En los carruajes ordinarios de I: clase, de cuatrocompartimientos, la batería no tiene más que 15 elementos y puede funcionar durante unas cinc11enta horas. En los vagones de tres compartimientos bastarían r2 elementos.

ALUMBRADO

ELE CTRICO

tada por la pila de su invencion, que se oculta mensajera s; partes . que apenas ocupaba cada . debajo del asiento y que puede suministrar uno de ellos el espacio de un milím etro cua varias horas de alumbrado. Con ello se ob- -drado. tiene un gran campo luminoso que permite Las pequeñas linternas mágicas eléctr icas salvar los accidentes y prestar toda la seguri- han tenido tambien su época de moda, partidad necesaria á la navegacion de noche, dán- cularmente las automáticas, las cuales introdole además cierto atractivo. duciendo una pieza de 10 céntimos en ellas, Este mismo sistema de alumbrado se aplica - permitian ver un sinnúmero de v istas variaigualmente á los velocípedos, colocando un das siempre. fanal delante del conductor que le permite Ex aminemos el interior de estos apa ratos: ver los accidentes del camino y señala á los introduzcamos 10 céntimos en la rendijita despeatones la proximidad del vehículo. Esta tinada á este objeto y apliquemos el ojo al lámpara puede estar alimentada por una pila lente situado inmediatamente ·debaj o. La os ó mejor aun por un acumulador, por ocupar curidad que reinaba en el interior se ilumina este menor espacio, siendo ya muy reducido súbitamente y v eremos como van pasando de el de que se puede disponer. abajo arriba una série de dibujos que al encontrarse enfrente de nuestro ojo, se paran Aplicaciones. un momento para que se tenga el tiempo de examinarlas. Allí ·se ven·retratos de hombres LINTERNAS MAGICAS ELECTRICAs.-Las hay célebres , asuntos de actualidad, r eproducciode dos clases, las grandes y las· pequeñas, las nes de cuadros, &, que se re n uevan cada dia . que son instrumento de estudio y las que sirLa pieza de ro céntimos que se echa resbala ven de diversion . Las primeras constituyen por un tubo, hace~balancear una palanca y cae los aparatos de proyeccionde uso frecuente en en la caja de recoleccion. · los establecimientos de enseñanza y las conAl balar:cear la palanca cierra el circuíto de ferencias, para reproducir en una pantalla la una pila de 9 elementos á través de un motor imagen aumentada _de los objetos que deban Trouvé que se pone en m archa , hace girar el · ser vistos por un auditorio numeroso. marco que con tiene las imagines y en cien de Hé aquí, en sustancia, cómo están com- · al propio tiempo una pequeña lámpara Swan puestos estos instrumentos: un regulador de provista de reflector. C on esto , el panorama arco está contenido en una caja metálica her- móvil se ilumina, y falta únicamente que cada méticamente cerrada; detrás un espejo cónca- imagen quede en reposo por algun tiempo vo concentra los rayos del arco y los proyecta para poderla apreciar. Para ello , el marco tiehácia el frente en sentido de un lente plano- ne unos dientes que, cada siete segundos, emconvexo que permite su paso al ·exterior en bragan con un apéndice del árbol motor, y forma de haz cónico convergente; en este permiten el paso de una imagen á otra . Dupunto de convergencia es en donde se coloca r~nte este tiempo una pieza de caracol baja el objeto transparente cuya imagen se desea gradualmente la palanca que ha hecho balanobservar. El aumento se obtiene pqr medio de cear la moneda ; al hallarse el caracol al térun lente biconvexo ó por cualquier otro sis- . mino de su carrera, se produce una caida que tema que proyecte, en una pantalla dispuesta hace tomar su pri mera posicion á la palanca, á cuatro ó cinco metros de distancia del apa- y se apaga la lá mpara. rato, un potente haz luminoso que compi-enda A UXANOSCOPO .- El auxanóscopo elé tti o la imagen del objeto situado en el aparato. es un pequeño instrumento imaginado por Con este procedimiento ·es corno se pueden Trouvé , que produce á la vez lo fe to de la ver las fotografías sobre vidrio; así es co_m o linterna mágica científica de la re reativa. se pueden aumentar las preparaciones Como las primeras, sirv para proyectar en croscópicas más delicadas, así es como tam- una pantalla las i mágene aumentada de_l bien, durante el sitio de París (como ya he- objetos destinados al e tudio ; 1..omo la gunmos dicho en la óptica) se descifraban los das, puede amplificar fotografías, o-rabad , •• partes recibidos de provincias por las palomas en suma, toda clase de cuel'pos opa o I d di-

mi-

• FÍSICA INDUSTRIAL

mensiones apropiadas y convenientemente iluminadas. El mismo instrumento es el que se encarga del alumbrado. Se compone (fig. 416) de dos tubos cilíndricos unidos entre sí bajo un ángulo determinado en el punto donde se coloca el objeto que se desea observar. Uno de los tubos lleva un objetivo fotográfico, el otro lleva en su vértice una lámpara de incandescencia y un reflector. La lámpara está alimentada por baterías Trouvé. En un segundo modelo, el inventor concentra las luces de dos lámparas en el objeto que se proyecta. En resúmen, es un aparato idéntico al anterior, al cual se ha añadido un segundo tubo de luz. Por último, un tercer modelo se presta igualmer.te á la amplificacion de los objetos opacos ó fotografías sobre vidrio. LA LUZ ELÉCTRICA EN LAS INVESTIGACIONES CIENTÍFICA.s.-Los nuevos aparatos de Trouvé están especialmente destinados á auxiliar y facilitar las investigaciones científicas. Esos pequeños habitantes del mar que se llaman corales, terebelas, comátulos, etc., no habian podido hasta ahora estudiarse más que en los laboratorios de Roscoff y de Banyuls; desde ahora podrán estudiarse en las clases de Historia natural. Para conseguir este resultado, toma Trouvé un cilindro de cristal (fig. 417), en cuyo fondo hay un espejo plano, y lleva en su parte alta un espejo parabólico en cuyo foco se coloca una lámpara de incandescencia. Se llena el vaso cilíndrico mencionado con agua del mar, donde se encuentran los séres casi microscópicos que se quiere examinar. A causa de la disposicion de ambos espejos, los rayos luminosos emitidos por la lámpara eléctrica sobre el espejo parabólico son reflejados paralelamente á las generatrices del cilindro, y éste se encuentra perfectamente alumbrado. El mismo procedimiento puede emplearse para estudiar los fenómenos sorprendentes de la cristalizacion y de la fermentacion. Para este caso se toma un vaso ovoide de tapadera parabólica que se atornilla sobre aquél. El aparato está dispuesto de modo que puede hacerse en él el vacío, si se quiere, para operar fuera del contacto del aire cuando así conviene.

Para formarse una idea de los efectos que se obtienen, basta echar en el agua del vaso un poco de polo de creta; se observarán entonces los movimientos y aspecto de las moléculas del carbonato de cal. Peligot ha dicho que tendrá una gran utilidad en la enseñanza, para las investigaciones anatómicas y para la fisiología experimental. Con el auxilio de un lente, los resultados de faobservacion son notabilísimos, si se considerala sencillez de los órganos puestos en ju ego. El segundo aparato de Trouvé para el estudio de las fermentaciones, que se representa en la fig. 418, está algun tanto modificado. La tapa-reflector está atornillada á un collar metálico para poner al abrigo del aire las preparaciones. Una especie de linterna mecánica formada de varillas, pone el vaso á cubierto de un choque. APLICACION DE LA LUZ ELÉCTRICA Á LA MICROti-RAFIA.-Helot y Trouvé distinguen con el nombre de /otóforo eléctrico un pequeño instrumento para la micrografía y las disecciones, compuesto de una lámpara de incandescencia contenida en un tubo metálico cerrado por un lado con un espejo cóncavo y por el otro con un lente convergente. Coloquemos el foco luminoso en el centro de curvatura del espejo cóncavo y en 'el foco principal del lente convergente; así obtendremos, en forma de haz cilíndrico, el brillo máximo que pueda dar la lámpara en una direccion dada. Adaptando el fotóforo á un pié de corredera como indica la fig. 419, se pueden operar las disecciones más delicadas, iluminando fuertemente las preparaciones. Alimentado el instrumento por medio de una pila ó de un acumulador, se le puede co. locar en la frente del cirujano, retenido con una correa que rodee la cabeza; además, se le puede articular y hacerle mover en todos sentidos, ·con lo cual es fácil explorar las varias cavidades del cuerpo humano y operar las lesiones que convengan. Las lámparas de incandescencia pueden adaptarse igualmente á varios instrumentos de cirugía, entre ellos el laringóscopo, cuyo uso tanto se ha generalizado. Las lámparas repr'esentadas en la fig. 420 son del tipo Edisson-Swan.

ALUMBRADO ELECTRICO

La lámpara se coloca en el extremo del instrumento; está cubierta con una doble ampolla á través de la cual circula una corriente de agua que impide su calentamiento, y además lleva un reflector. De esta suerte se puede distinguir fácilmente la laringe y Qasta, si se quiere, fotografiar sus más insignificantes detalles; para ello, se aplica una cámara obscura al mango del aparato, la cual recibe por reflexion la imágen ~el tubo respiratorio. El . laringóscopo eléctrico que representa la figura 42r está construido por Woodhouse y Rawson. Stein ha imaginado un instrumento que _hace solidarios el laringoscopo, el foco luminoso y el aparato fotográfico, cuyo conjunto cabe en la mano de uno de los operadores. El salto del obturador se obtiene por un sistema eléctrico movido por un boton adoptado al mango del laringoscopo. Hay otro instrumento que emplean los dentistas para explorar la boca. La lámpara está dispuesta en él como en el laringóscopo; corno, en este caso, puede darse más volúmen al aparato, se coloca alredetJor del mango una especie de 'reostato que permita graduar la intensidad luminosa de la lámpara. Consiste en un hilo de conductibilidad media que, por medio de un anillo móvil, se intercala en mayor ó menor ~xtension en el circuíto. Para las enfermedades del oido, la misma lámpara sirve para iluminar una trompetilla metálica que se introduce en la oreja para examinar. las partes profundas; este instrumento torna el nombre de otoscopo. Changy construye lámparas cuya ampolla es opaca, excepto un solo punto reforzado en forma de lente, por donde emite toda su luz el aparato en forma de haz paralelo. En todos estos aparatos los inventores se han limitado á produéir -un caudal de luz más ó menos intenso, más ó menos cómodo, pero en ellos se ha descuidado mucho lo relativo á la parte óptica. No sucede lo mismo con el llamado megaloscopo. Este instrumento, que se adapta á todas las grandes sondas destinadas á observar las mucosas de las cavidades humanas, son \!erdaderos aparatos de precision. El megalóscopo de Boisseau du Rocher se adapta á una sonda de 6 milímetros de diámetro por 50 á 60 centímetros de largo, y conFís1cA. IND /

tiene un aparato de alumbrado y un aparato de observacion. La lámpara, situada al extremo de la sonda, recta ó_curvada, segun el uso que se haga de . ella, ilumina la mucosa que se examina. Un prisma de reflexion total, situado debajo de dos lentes plano-convexas, cuyas convexida-. des se miran, constituye un sistema óptico que da una imágen real, invertida y muy pequeña de la parte iluminada; imágen que se endereza y amplifica hasta darle las dimensiones del natural ó mayores aún, por medio del an.teojo megaloscópico, especie de microscopio cuyo ocular móvil permite obtener el aumento que se desee. Un primer lente es el que opera el enderezamiento, mientras el ocular amplifica la imágen. Los instrumentos construidos por Chardin para la galvano-cáustica y la luz eléctrica, constituyen conjuntos alim~ntados por las pilas de circulacion de Boisseau du Rocher. La disposicion de esta pila la hace de fácil transporte, puesto que el líquido no puede escapar ni subir por los vasos superiores más que por la presion ejercida por la mano del operador. En la fig. 422 esta presion se obtiene por una especie de fuelle de pedal. El operador tiene en la· mano derecha un laringóscopo cuya lámpara se enciende así que la pila entra en funcion: Henri Van He·urck emplea la luz eléctrica de incandescencia para el microscopio y se sirve del aparato Trouvé _con el mayor éxito. Hé aquí las ventajas que reseña: r. º La luz eléctrica es mucho más blanca que la de las lámparas de aceite y de gas; gracias á su composicion policromática permite ver detalles que escapan con las otras luces; 2.º La luz eléctrica tiene una densidad específica mucho mayor que las otras luces artificiales; permite, por lo tanto, emplear rayos más o blícuos. 3. º La 1uz eléctrica puede emplearse sin el intermedio del espejo, que se necesita hasta con el alumbrado solar·, y cuyo uso siempre perjudica más ó menos. 4.º La luz eléctrica puede, sin inconveniente alguno, aproximarse al condensador del microscopio hasta tocarle; de.aquí el medio r. 11. -82

FÍSICA INDUSTRIAL APLICACION DE LA LUZ ELÉCTRIBA Á LA CAZA. de obtener un alumbrado más intenso y más - Además de las aplicaciones de carácter oblícuo. 5. º La cantidad y la calidad de la luz eléc- científico, puede la luz eléctrica aplicarse á trica permiten fotografiar detalles que no po- objetos recreativos. Señalaremos, como muy curioso, el guion luminoso, que permite á los drian obtenerse ni aún con la luz solar. Si la luz eléctrica es tan conveniente para • cazadores apuntar con tanta precision de nolas investigaciones micrográficas, tambien se che como de dia. Consiste en un pequeño aplica admirablemente, como hemos visto, á alambre de platino, dispuesto en la línea de la fotomicrografía, la cual, gracias al gela- mira ó de punteria que se lleva á la incandestina-bromuro de plata, está h?Y al alcance de cencia por medio de una pila. Este hilo está situado en un pequeño tubo de vidrio, contenid~ . cualquiera. Heurck ha realizado una instalacion muy en un estuche metálico; este estuche tiene una práctica, que puede considerarse como inter- abertura por la parte que mira al cazador, para media entre la instalacion habitual y el proque pueda observar el guion incandescente. Una pequeña pila de inversion, del tamaño cedimiento llamado de los clichés -pequeños, dedo meñique, se adapta al cañon de la esdel Moitessier. por preconizado paralelamente á él por medio de dos copeta, (:Hemos construido, dice, una pequeña cámara oscura, excesivamente ligera, que puede brazaletes ó argollas de cauchú. Al bajar el recibir posteriormente un chassis que con- .cañon para apuntar,· el líquido moja el zinc; tenga una placa.sensible al gelatina-bromuro , la pila funciona y el guion se enciende. Al de 5'5 centímetros de largo por 4' 5 de ancho. subir el ar:ma, los polos salen del líquido y En la parte anterior la cámara lleva un tubo y ya no funciona la pila. APLICACION DE LA LUZ ELECTRICA Á LA FOde cobre con un lente cóncavo acrómático ó TO_GRAFIA.- Desde que el alumbrado por meamplificador. »El tubo, de la cámara entra libremente en dio de la electricidad se ha hecho suficienteel tubo del microscopio, y el amplificador vá mente prácticoJ se ha pensado utilizarle para colocado á una distancia tal de la placa sen- la fotografía. Los nuevos procedimientos pasible, que cuando la imágen se ve focada con rece que presentan, en efecto, verdaderas el ocular, tambien lo está sobre la placa sen- ventajas sobre la luz solar, que depende de las · manifestaciones atmosféricas, y es con fresible.» Para alimentar la lámpara de incandescen- cuencia insuficiente en muchas regiones ducia en los aparatos Trouvé, se puede emplear rante una buena parte del año. Los sistemas de focos eléctricos que han la batería automática, del ~smo inventor (figura-423), de bicromato de potasa, muy se- funcionado al principio en la via_pública y mejante á la ya descrita para las lámparas de que, por consiguiente, son los más conocidos, seguridad. Si se la suspende por el mango, son los primeros que ·se han empleado; la bulos elementos salen del líquido, y la pila no jía Jablochkoff ha servido tambien para estafunciona; al dejarla sobre una mesa, su peso blecer instalaciones fotográficas, que fueron · hace bajar la tapa y los elementos se sumer-. un progreso en esta nueva via. Liepor establecido taller pequeño el En gen en el líquido. Tambien puede emplearse con el ·mismo bert en el Palacio de la Industria, de París, objeto la pila de artesa representada en la fi- durante la exposicion internacional de 1881, los aparatos que servían para contener el foco gura 424. PECES LUMINOSOS DE TROUVÉ._:_Se hace tra- eléctrico formado por una bujía y para progará un sollo ú otro pescado una pequeña yectar la luz, eran todavia muy primitivos y lámpara de incandescencia (fig. 425), provista de un manejo bastante complicado; el gran de dos conductores suficientemente sólidos. reflector parabólico de cobre estaba destinado Así que se encuentre en el estómago del ani- á concentrar los rayos luminosos sobre una mal, se hace pasar la corriente y la luz eléc- superficie reducida, para dirigir suficiente intrica le da transparencia suficiente para perci- tensidad luminosa al objeto que se había de reproducir; no se podía conseguir más que bir todos los órganos principales.

ALUMBRADO ElECTRICO

retratos de busto, y aún en éstos los claros y cida por los procedimientos de arco, debe los oscuros eran de una violencia extrema, prestarse admirablemente á una instalacion y á causa de la misma calidad del alumbrado fotográfica. El fotógrafo Boscher dispuso cuatro lámpacon la bujía ql,le emite rayos violados, las carpes pi;esentaban reflejos lívidos, cuya colora- ras en su taller distribuidas del modo siguiencion é intensidad variaban además, siguiendo . te: la primera suspendida en medio. del taller y debajo de una cortina blanca; la superficie los caprichos de este foco tan poco estable. No todas las luces son convenientes al fotó- luminosa, cubierta con un globo muy poco grafo, pues debe tener éste en cuenta el papel deslustrado, está dirigida hácia esa cortina que que desempeñan los rayos químicos. La luz refleja la luz; esta lámpara suspendida de un amarilla no le conviene de ningun modo, que cable longitudinal puede resbalar por medio es la que producen las lámparas' de incandes- de una correa y separarse ó aproximarse á cencia. Mas, si bien estas lámparas de reflejos voluntad al objeto que se fotografía, de modo dorados se prestan mal al alumbrado de los que alumbre bien la parte superior; dos basobjetos que se fotografian, la coloracion de tidores gemelos montados sobre ruedecillas sus rayos les . hace en cambio muy apropia- llevan otras tres lámparas de globos opalinos que se pueden colocar lateralmente para diridos·para el alumbrado de los talleres. La potencia de los reguladores de arco, las gir la luz hácia el medio del cuerpo y la parte propiedadés químicas de su luz, se prestan, del suelo sobre que descansan los piés de la por lo contr"ario, para el alumbrado de los ob- persona ó personas si lse trata de un grupo. jetos durante su postura; sin embargo, . tam- Para que no lleguen los rayos demasiado dibien en ello debe venc~rse alguna dificultad. rectamente, lo cual ·daria blancos violentos y Este caudal de luz intensa proyecta sombras sombras sin transparencia se interpone entre duras que deben suavizarse, de suerte que el los focos . y el modelo una gran pantalla de empleo directo de los rayos del arco·voltáico, tela ligera y blanca á que todavia se pueden no daria los buenos resultados que son de de- añadir gasas; durante la operacion se pone sear. Es ver'dad que se necesita mucha luz, pero otra pantalla al lado del objetivo para impeno tanta que perjudique ; así, si es excesiva la dir que los rayos luminosos hieran demasiado de que se dispone, se la debe difundir. Tal es directamente la placa de g elatina-bromuro. el objeto de las disposiciones empleadas en al- T.odos los muros de la habitacion son además de un color muy claro , y así se obtiene, con las gunos talleres fotográficos. En todos ellos el principio del aparato pro- disposiciones que acabamos de indicar, una ductor de luz es el mismo; no sucede lo propio luz difusa cuya intensidad se puede variar con los detalles, que, por ser muy variados, con mucha facilidad en la cantidad que se nos limitaremos tan sólo á dar una idea ge- quiera. El tiempo necesario para obtener buenos resultados no es casi nunca mayor que neral del procedimiento. El regulador de arco está situado en el foco con la claridad del dia. de un reflector de unos dos metros de diámeEl alumbrado eléctrico en el teatro. tro, revestido interiormente con papel blanco; APARATOS DE PROYECCION.-La electricidad, en frente de la lámpara, un pequeño espejo que tanto se emplea hoy dia en el teatro, cóncavo concentra 1os rayos, los dirige hácia principió de la manera más modesta que pueel reflector y cubre en rarte el arco voltáico; el haz reflejado es el que ilumina los objetos da imaginarse. Durante muchos años, su mique se reproducen. El regulador está alirpen- sion se reducía á producir efectos de escena tado por una máquina magneto-eléctrica mo- en ciertas piezas. Como á curiosidad daremos á conocer los procedimientos que se emplean. vida por un pequeño motor de gas. En tésis general, el alumbrado se produce Fotografía por medio de la lámpara-sol.un regulador de arco, sistema Foucaultpor La lámpara-sol, que posee todas las cualidaDuboscq, colocado en una linterna de m·adedes d0 coloracion y fijeza de los focos por incandescencia, y al mismo tiempo una in.teR- ra, representada por la fig. 426. U:n reflector sidad de luz tan considerable como la produ- de vidrio plateado recibe los rayos luminosos

FÍSICA INDUSTRIAL

El carbon superi or está fijo y el inferio r en un mome nto dado, un movergen te segun la posicion del arco con rela- puede recibir , eso. retroc vimien to de cion al foco princi pal del espejo. Este carbon está adapta do á una espiga de Este aparat o se destin a princi palme nte-pa ra introd uce por atracc ion, en alumb rar grand es superficies; los efectos es- hierro dulce que se tizan te en el instan te en que peciales ~ecesi tan aparat os más compl icados . . una hélice magne por la misma corrie nte La prime ra aplica cion de esta clase se hizo ésta está atrave sada debe consti tuir el arco voltáico·. en 1846 en la Opera de París, en la ópera Il eléctri ca que nte de la pila no atravie sa Profet a. La luz eléctrica produc ía u·n efecto Mient ras la corrie el aparat o, los carbon es perma necen en conde salida de sol, con ilusion perfecta. .se cierra el circuít o, el El aparat o de proyec cion (fig. 427) consis te tacto; pero así que carbon móvil es atraíd o súen una lámpa ra eléctrica situad a en el foco de hierro dulce del consig uiente , efectu ando un gran reflector parabó lico fijo en un soport e bitame nte, y, por forma ins:an táneam ente el de mader a. Los rayos reflejados forma n un un retroc eso, se haz perfec tamen te cilíndr ico que se proyec ta arco. Interr umpid o el circuít o, el arco se apaga , en forma de disco sobre una pantal la de seda. infe~ior por su resort e, Este disco lumin oso es el que se eleva gra- y, solicitado el carbon to para permi tir un nuevo dualm ente sobre el horizo nte y produ ce efec- vuelve al contac nte. tos de luna. Los movim ientos del aparat o se paso de la corrie Gracia s á esta disposicion, la emisió n y la oculta n á la vista del públic o por medio de extind on de la luz se obtien en inmed iatame ntelone s debida mente dispue stos. del relám pago se reprod uce En 1860, en la ópera Moisés, la luz eléctri ca te y el fenóm eno fidelidad. reemp lazó las fajas de papel de color que con la mayor de un actor, puede este espejo mano la En . antigu ament e repres entaba n el sigp.o de remodos distintos; de ahí su mil de utilizarse dencio n. máglc o. Tamb ien puede El arco iris se repres entaba por la desco m- nomb re de espejo ar un person aje, en escena s posici on de un haz lumin oso produ cido por servir para ilumin que, como en Hamle t y F_aust, deba ir acomun prisma . de luz. El conjun to del aparat o, imagin ado por Du- pañad o por un rayo En este caso, sin embar go, es prefer ible boscq, está conten ido en una caja enneg recida o repres entado en lafig. 430 interio rment e. El arco voltáic o emite sus ra- emple ar el aparat no es más que una reducyos. á unos lentes que los transf orman en un que, en realid ad, cion del de la fig. 426. haz parale lo. Por último , para los grand es alumb rados, Este haz atravie sa una pantal la tallada en simple reflect or (fig. 431) forma de arco y hiere un lente biconv exo que se hace uso de un or, móvil en todos senle proye cta luego á un prism a destin ado á monta do en un bastid produ cir por descom posici on los colore s del tidos. Las fuentes lumino sas se han explot ado espect ro solar. El haz, así descom puesto , se gran atracti vo, como se proye ctaba en la tela del fondo, que repre- tambi en y tienen un en varias exposi ciones , en sentab a el cielo, y hacia aparec er el arco iris, ha podido apreci ar Manch ester, en Glasmientr as Moisés y el grupo que le rodeab a se Lóndr es en 1886, en Barce lona, en 1888. de gow, en la exposi cion encon traban en plena luz. y se puede n El aparat o de proyec cion que repres enta Son de un efecto sorpre ndente los colore s, cambi ando la fig. 428 sirve para produ cir el arco iris; se variar como se quiera s que sirven para -vidrio coloca sobre un andam iaje de altura conve - la colora cion de los ilumin arlas. niente , á cinco metro s del telon. El aspect o que presen tan se debe á un feEl aparat o (fig. 429) es un peque ño espejo conoc ido. plano para produ cir relámp agos, que se toma ·nóme no físico muy Cuand o un líquid o sale de un vaso por un con 'la mano ; frente de él surge el arco volel chorro afecta la forma de táico, entre las puntas de dos carbon es, ali- orificio circula r, una parábo la; ademá s, la vena líquid a no es menta dos por una baterí a eléctrica .

y los refleja en forma de haz parale lo ó di-

ALUMBRADO ELECTRICO

•

absolutamente cilíndrica, puesto qué se contrae en un punto cuya distancia al orificio de salida está ajustada á una ley matemática. En estas condiciones, si se dirige un haz luminoso al orificio de salida, aparece como arrastrado por el líquido y siguiéndole en todos los puntos de su trayecto. Este efecto ó fenómeno se distingue, en optica, con el nombre de reflexion total; en virtud de la curvatura de la vena líquida, el l).az es reflejado por la molécula que hiere, y, en vez de traspasarla y perderse en el espacio, esta molécula le refleja á su vez en sentido de la vena, la cual !orna el aspecto de un chorro de foego. Si se corta la curva líquida, el fenómeno de reflexion cesa y se producen chorros de luz alrededor del punto cortado; de este modo se realiza el experimento llamado de la vena flúida iluminada. El aparato de proyeccion es una lámpara de arco provista de un juego de lentes que concentran los rayos luminosos sobre los orificios del recipiente que contiene el líquido (fig. 432). Colocando vidrios de color delante del aparato, se cambia como se quiera la coloracion luminosa. Tambien se han producido surtidores y cascadas, notables por su grandiosidad y hermoso aspecto. Debajo del chorro hay una escavacion herméticamente cerrada por su parte superior por medio de un cristal. En su interior se coloca un regulador de arco, en el foco de un lente de escalones de Fresnel, de modo que la columna de agua proyectada en el surtidor está atravesada por un pot~nte haz luminoso. La coloracion depende de la del vidrio; así, se puede variar cuando se quiere, cambiando el vidrio que protege el lente del foco luminoso. Surtidor eléctrico de Planté.- Este físico toma una vasija con agua salada; el poto positivo de una de sus poderosas máquinas reostáticas montada en cantidad se sumerge en el líquido, hácia la periferia de la·vasija. Hácia_ el centro del líquido se introduce verticalmente un tubo capilar, de vidrio, de tres centímetros de largo, el cual va en parte fuera del líquido y en parte dentro. Se introduce dentro de este tubo el hilo del polo ne-

gativo. La corriente, al pasar al liquido y ·encontrarse con la pequeña cantidad de éste que ocupa el tubito, produce tales choques que de éste se eleva verticalmente en forma de surtidor: de agua pulverizada que tiene un metro de altura. _El paso de las chispas por el tubo de vidrio va acompañado de choques violentos y de un ruido muy intenso; la fuerza mecánica puesta en juego en este estrecho espacio es tan considera ble que determina algunas veces la ruptura de la vasija de vidrio en donde se hace el experimento. Si el polo que desemboca en el tubito es elpositivo, estando el negativo sumergido en el líquido, tambien se produce el surtidor; pero no se eleva tanto. Cuando el electrodo toca á la superficie del líquido sin usar el tubito de vidrio que lo envuelve, el líquido no se proyecta más que á una altura de medio metro, pero está formado por gotitas más gruesas y pronto se vacía el vaso en que se experimenta. Dice Planté que ese experimento del surtidor de agua acaso dé la clave de la explicacion del famoso rayo de Ribnitz, el cual, al salir por el vidrio de una ventana del edificio para caer sobre el suelo de la calle, el cual se hallaba materialmente inundado por causa de la copiosa . lluvia en que se resolvía la tormenta, levantó una columna de agua de la . calle y, elevándola, la introdujo por la misma abertura por _donde dicho rayo habia salido, inundando el local. Tambien supone Planté que este fenómeno artificial tenga relacion con ciertos efectos de las trombas. Estos experimentos, dice, explican como, cuando una tromba fuertemente catgada de electricidad hasta manifestar efectos luminosos ó globos de fuego en su extremo, toca á la superficie del mar, puede producirá su alrededor surtidores abundantes:de agua pulverizada-, y algunas veces una ascension de agua por el interior ctel cuerpo nebuloso de la tromba. DIAMANTES Y DIJES ELÉCTRICOS DE TROUVÉ.

- En otro órden de ideas, los dijes luminosos de Trouvé han llamado poderosamente la atencion y han contribuido á aumentar los efectos escénicos.

FÍSICA INDUSTRIAL

Igualmente ha deslumbrado á las personas inteligentes en electricidad el que en relojería, haya presentado unos admirables juguetes, animados porel flúido eléctrico. H~ logrado Trouvé, con su habjlidad, alo:... jar en la cabeza de un alfiler de corbata, un t!lectro-motor; es fácil comprender con esto, las enormes dificultades q_ue_ ha tenido que vencer, tratándose de un objeto tan pequeño. . Uno de su·s dijes consiste en un alfiler cuya cabeza es una calavera de oro (fig. 433), con pintura sobre esmalte y con diamantes por ojos. La mandíbula inferior está montada con ·articulacion; dos delgadísimos hilos metálicos llevan la corriente eléctrica al electro-motor; éste se pone en movimiento, y á su vez la calavera mueve los ojos y la mandíbula. La pila eléctrica es una pila de bolsillo que puede alojarse en el del chaleco; basta cambiar su posicion para que funcione ó deje de funcionar. Esta pila, que describiremos luego, puede tener además otras aplicaciones sérias, porq1,1e su misma pequeñez la recomienda en muchos casos. Otro dije para alfiler de corbata ó para broche d~ pecho, consiste en un conejito de dimensiones reducidísimas; los de oro (fig. 434), que cuando reciben la corriente, g olpean con ambas patas sobre un timbre del mismo metal. Otro de mayores dimensiones para alfiler . de señora y par'.1 el tocado de la cabeza, es un pájaro de diamantes (fig . 435), queáfavor de un electro-motor que lleva dentro, mueve rápidamente las alas, haciendo brillar los diamantes que sobre estas lleva montados. Trabajos de esta índole no están, sin embargo, llamados á generalizarse, no tanto por la mucha mano de obra que en ellos .se emplea y la paciencia y tiempo que exigen, sino porque no puede dedicar Trouvé su atencion sobre ellos, llamada á muchos otros problemas de trascendencia en el campo de las aplicaciones eléctricas. Para terminar esta ligera reseña de los llamados difes animados ó de movimiento, citaremos una mosca del tamaño ordinario puesta sobre una flor. Por medio del electro-motor que lleva en su seno, mueve tan rápidamente las alas como lo hacen estos insectos, de modo que se oye el mismo ruido producido al volar por el insecto vivo. Conociendo las leyes de

la cústica, se comprende, al oir aquel zumbido, la vertiginosa rapidez con que se mueven las alas. Queriendo Trouvé llevar la construccion de estos electro-imanes hasta el último límite de la pequeñez, ha construido Y, montado electro-motores de tres milímetros cúbicos de volumen, de modo que caben 100 electromotores dentro de un dedal. Pila de bolsillo de Trouvé.- Es en principio la de bicromato de potasa que ha sido tan estudiada y perfeccionada por el autor, tanto, que ha recibido un cambio notable de forma y de dimensiones para utilizarla en los dijes eléctro-magnéticos y en los luminosos de que trataremos luego. Esta pila está representada en el corte de la figura 436. Consta de tres elementos (carbon y zinc) puestos en série. Algunas veces se emplea con mayor- número_de elementos, segun los focos luminosos qué se han de alimentar. El zinc y el carbon de cada elemento ·se sumergen en el baño de bicromato de potasa ,, so bresa tura do. Un cajón de ebonita de tres compartimientos contiene la disolucion de bicromato, que ocupa dos tercios del volúmen del cajon. La tapadera de esta caja lleva fijos á ellos los elementos; tambien es de ebonita, y constit_uye con una hoja de ca uchú elástico un cierre hermético; las ligaduras de cauchú E E aseguran el contacto fuerte y continuo de la caja y de su tapadera. Para mayor seguridad, el todo se mete dentro de un estuche simple ó doble F G, de cauchú endurecido, ligero y elástico. De este modo, aunque rezumase por accidente la caja de ebonita, el líquido no saldría nunca al exterior. Las bailarinas han llevado estas cajas en el teatro de la Opera, de París, durante el baile, y los aparatos no han sufrido accidente alguno. El estuche F G se compone generalmente de dos partes, que entran una dentro de otra como las dos p:;trtes de una petaca. Los botones H H' reciben los hilos conductores de la corriente; un pequeño conmutador colocado unas veces sobre la-misma tapadera de la caja, y otras sobre uno de los hilos, permite abrir ó cerrar á voluntad el circuíto. · La fig. 436 representa la pila. en tamaño natural.

•

ALUMBRADO ElECTRICO

Cuando esta pila de bolsillo se emplea para la fig. 439, guarnecida de rubíes diamantes y hacer brillar los dt'amantes eléctrt'cos 'ó dijes en número igual y alternado. Estas piedras lumt'nosos, se puede . obtener un alumbrado no están talladas por el sistema ordinario; cuya duracion naturalmente varia con las di- constituyen unos verdaderos lentes de facetas mensiones de la pila. · ·planas, cuyo foco óptico coincide con el luCon la pila que representamos, la duracion minoso. En el centro de la ampollita se ve es de 20 á 25 minutos. Con el mod·e lo nú- en forma de herradura el hilo destinado á elemdro 2, de doble tamaño, la duraciones de varse á la incandescencia por el paso de la una hora. Pasado este tiempo hay que reno- corriente: De esta pequeña lámpara salen los var el líquido. hilos conductores que se disimulan por entre Hay ún modelo núm. 3 que puede alimen- los cabellos y los vestidos, y van ·á parar á la tar ocho lamparitas de incandescencia en un pila de bolsillo destinada á alimentarla . baile de corta duracion. Trouvé ha puesto Las figs. 440 y 441 son alfileres de corbata. hasta 24 focos luminosos sobre una misma El primero lleva, además, una gran piedra persona. que proyecta sus rayos á lo lejos y permite Di'amantes eléctrt'cos.-Los diamantes eléc- leer un diario en la obscuridad. tricos ó dijes luminosos no son otra cosa que Las figs. 442, 343, 444 y 445, representan pequeñísimas lámparas de incandescencia for- varios tipos éle alfileres de corbata. madas, como ya se sabe, por un hilo muy Las figs. 446, 447 y 448 son varias flores . fino de carbon, encerrado en una ampollita luminosas para el tocado. de vidrio; basta rodear este foco con pedrería L:;i. fig. 449 es una rosa para el pecho. de diferentes colores para producir mágicos La fig. 450 es un broche. destellos. Otra nueva y ruidosa aplicacion de la elecEste sencillo procedimiento es el que ha tricidad para los efectos teatrales, debida igualempleado Trouvé, no solamente para esas mente á Trouvé, es el llamado due;lo 'elécaplicaciones á los tocados, sino para otras no trt'co. Dos adversarios se ba_ten á espada en menos sorptendentes, corrio los bastones y escena; cada uno de ellos está provisto de 1:na alfileres eléctricos; pero la parte más inge- invisible pila y llevan una ligera coraza que niosa de su sistema es la pequefi.a pila eléc- forma uno de los polos de la pila siendo la trica que proéluce la corriente y que, coma. espada el otro polo. Cuando se tocan los acehemos dicho, cabe en el bolsillo del chaleco . . ros, al menor roce, brotan ráfagas de chispas Formada de un elemento zinc-carbon encer- del más brillante efecto. Además, cuando una rado en un estuche de cauchú endurecido y de las espadas toca la coraza del adversario, cerrado herméticamente, esta pila no fun- se enciende súbitamente una poderosa lámciona más que cuando está colocada horizon- para que acusa el gclpe recibido. Cuando sutalmente; en la posicion vertical, al contrario, cede que simultáneamente se tocan ambos el líquido excitador, que no ocupa más que adversarios, ambas lámparas brillan inunla mitad del estuchei no toca al zinc. Basta, dando con sus rayos á los combatientes. pues, darle media vuelta dentro del _bolsillo En los asaltos de armas, es muy · útil este para producir la iluminacion ó para hacerla sistema, puesto que con él no pasa desapercesar á voluntad. cibido ningun golpe. El bastan luminoso fig. 437 lleva en el puño Alumbrado eléctrico de los teatros. la lamparita eléctrica. Basta apretar un botan para obtener instantáneamente luz para subir Los primeros ensayos se remontan á 1878, una escalera, leér una carta, etc. · emprendiéndolos Fontaine, con brillantes reDel mismo modo construye el ingenioso sultados, en el hipódromo de París. inventor, alfileres de corbata luminosos; y en Los desastres acaecidos en muchos teatros ellos, como en el puño del bastan, se colocan por el empleo de la luz del gas, hacen muy las pedrerías. útil el de la electricidad como único medio La fig: 438 es una horquilla para el peinado de alumbrado para evitar los peligros de inde las señoras, representada en seccion en cendio; pero, tambien para conseguirlo com-

!IÍSICA INDUSTRIAL

pletamente , se le debe reglan:;ientar, á cuyo fin se han dictado en todos los paises leyes especiale~ que rigen su aplicacion. Las precaucion es que deben t<?marse se condensan en los siguientes párrafos. Las máqumas de vapor, las máquinas de gas ó las máquinas de aire que dan movimiento á las dinamo-elé ctricas, y los hogares de las máquinas de vapor, deben instalarse en locales que no sean accesibles al público ni á los artistas. Los bogares de las calderas de vapor y el combustibl e destinado á alimentarlo s se situarán en locales distintos y construido s con materiales completam ente incombusti bles, provistos de puertas de hierro y separados de las d!:)más dependenc ias por muros de fábrica, por bóvedas y pavimento s de hierro, rellenados con ladrillos, de espesor suficiente. La fig. 451 representa en proyeccion horizontal y vertical . Ja maquinaria del teatro Gymnase instalada en las condicione s que se acaban de expresar. Los conductos para el humo deben se1 de ladrillo. Las pilas eléctricas y los acumulado res, se irn¡J;alarán en un iocal especial bien ventilado y, en caso de que produzcan vapores insalubres, se harán salir éstos por chimeneas muy altas que sobresalga n_ mucho de los tejados vecinos. Las máquinas dinamo-elé ctricas se instalarán en sitio seco, en donde no baya ninguna materia inflamable , al abrigo del polvo, y bien aisladas. Para. comprobar constantem ente la corriente deben disponerse un voltámetro y un amperéme tro, fijos. Se dispondrá igualmente un corta-circu íto en cada cable á su salida del cuadro distribuidor, así como tambien en cada ramal principal ó secundario . Estos corta-circu íto deben estar bien medidos y solo deben dejar pasar, como máximo, una corriente triple del valor normal. En cada parte del circuíto, el diámetro de los conductore s debe estar en relacion con la intensidad de la corriente, de tal modo que, en ningun punto pueda producirse un calentamiento peligroso para el aislamiento de los conductore s ó de los objetos cercanos.

El empleo de las cañerías de agua y de gas y de las partes metálicas de la construcci on como conductor, ofrece grandes peligros, por lo mismo debe evitarse. Los cables deben estar revestidos con unamateria que les aisle com_pletamente ; si alguna pérd_ida existe, podrá ser inferior á la milésima de la corriente que -les recorre, y no más. Excepto en la proximida d de las lámparas, todos los hilos y cables deben esta"r sólidamente fijados y constantem ente separados unos de otros, á 10 mílímetros por lo menos para las lámparas de incandesce ncia, y á 20 · milímetros para las lámparas de arco. El espacio entre los hilos y las piezas metálicas de la construcci on, debe ser ae 60 milímetros , á menos que el cable esté cubierto con plomo. En caso de que dos conductore s atraviesen techos, muros ó tabiques, ó bien si se cruzan, . deben estar protegidos por un segundo revestimiento de materia dura é incombusti ble. En locales húmedos se tomarán precauciiones especiales. Los globos de las lámparas de arco deben encerrarse en jaulas de alambre para que su rotura no pueda ocasionar daño. Lo mismo debe hacerse con las lámparas de incandescencia, siempre que deban pasar de cinco car· cels. .- Los cables de suspension de las lámparas deben ser incombust ibles é independie ntes de los hilos conductore s; ~n ningun caso deben emplearse estos últimos para la suspension de aquellas. Si el alumbrado auxt"Uar es tambien eléctrico, se le deberá asegurar, cuando menos, por dos baterías independie ntes de acumuladores ó de elementos de pilas; en cuyo caso, las baterías y los cables ó hilos que conducen la corriente á las lámparas auxiliares se colocarán siempre al exterior del escenario; además, estas baterías deberán cargarse solo cuando no tienen lugar los espectáculo s. Du-: rante las. representa ciones, las baterías deben estar completam ente aisladas de las máquinas. Los acumulado res que se empleen para reunir las bateri-as de acumulado res á las máquinas, deben situarse en puntos á propósito y de fácil acceso, provistos además de un cua-

ALUMBRADO ELECTRICO

motor Megy, de gran velocidad, provisto de un regulador diferencial. Motor y regulador, tienen una marcha niuy regular de 580 vueltas por minuto. El generador d~ electricidad es una dinamo Gramme, .tipo D, que produce, con velocidad normal de 580 vueltas, una corriente de 200 amperes por 51 á 52 volts en los bornes. A causa de la débil resistencia del inducido, · debido á su sistema de extincion, producido por derivacion en los inductores, la fuerza electro-motriz en los bornes permanece constante sea cual fuere el número de focos alimentados. La máquina tiene sólo un metro de· altura y ocupa, en su base, una superficie que no llega á un metro cuadrado. Los inductores (fig. 452) están formados ·por ocho cilindros de hierro dulce/ que sirven al propio tiempo El alumbrado eléctrico en la marina. de bastidor y reunen las dos platinas. Llevan ,, La mayor parte de los buques de guerra de en su centro una armadura de fundicion exlas principales potencias está hoy dia provista pansion de las piezas polares, y en su centro de instalaciones eléctricas, cuyo principal ob- gira la bobina inducida. Los cilindros / están cubiertos, en cada una de sus mitades, por 83 jeto estriba en su propia seguridad. Por medio de·potentes proyectores es como nietros de hilo de cobre ,de cuatro milímetros burlan las maniobras de los torpederos, y es- y _1_ de diámetro; estos son los electro-ima10 tos mismos i:necanismos les sirven igualmente como telégramas nocturnos, ya para comuni- nes inductores. Las 227 lámparas Edisson están repartidas carse cori otros buques ó con la costa. en siete circuítos, á saber: Este caudal de electricidad que se posee en · 1os buques, es innegable que se puede utilir. º Circuíto de día. zar tambien para su alumbrado interior, y de noche. 2. con este ' fin .se han instalado muchas lám3. ~e combate. • paras que dan muy buenos resultados. de la máquina. 4. º La primera instalacion completa de alum5.º de mar. brado eléctrico á bordo, data de 1883, en el 6.º de los fuegos de ·avance. 7. º de. los fuegos de señales. acorazado Rt'cheUeu de la marina francesa. El alumbrado comprende 227 lámparas • Todos estos circuítos parten de un cuadro Edisson, qe incandescencia, de las cuales 2u son de 8 bujías cada una, para el alumbrado de distribucion (fig. 453) situado cerca de la normal, y 16 son de 30 bujías para los fuegos máquina. Cada uno de estos circuítos puede de avance y de posicion, así como tambien encenderse, pues, por el simple manejo de un conmutador, mas, en cierto número de lámpara señales. Los circuítos están organizados de tal modo paras de· cada circuíto, CUY.O empleo responda que, sin introducir ninguna resistencia, la á ciertas eventualidades, están individualextincion de un número cualquiera de lám- mente provistas de conmutadores que pe,rmiparas no. altera absolutamente el funciona- ten ponerlas en actividad cuando convenga. Los conductores, en los. cuales hay intercamiento de las <:J_ue permanecen en actividad. lados 48 corta-circuítos, están ocultos á lo larEl generador de electricid:,.d se pone directamente en marcha, sin correas ni transmi- go de los costados del buque, en una canalisiones de ninguna clase, por medio de un zacion de madera cubierta con un plinto.

dro que indique claramente la disposicion adoptada para aislar las baterías de las máquinas durante las representaciones. Las baterias de acumuladores ó de pilas · alimentarán cada una de las columnas ascendentes situadas á los lados de platea y de correJores; las derivaciones que se hagan en estas columnas se cruzarán completamente en cada piso, de modo que en cada uno de estos, las lámparas de am~ilio contiguas estén ali mentadas alternativamente, una por la bateria del lado de la platea y o.tra por la ,je} corredor ó exterior. En las puertas de salida se instaiará una lámpara de auxilio provista de una señal especial. La intensidad de las lámparas auxiliares deberá ser igual, por lo menos, á una carcel.

FÍSlCA 1:ND.

11.-83

FÍSICA INDUSTRIAL

Tambien se utilizan dos hilos de retorno, uno para los cuatro primeros circuítos y . otro para los tres últimos . r. º El circuito de día, destinado á funcionar dia y noche, comprende 68 lámparas de ocho bujíás repartidas en las partes bajas y oscuras del buque; 45 lámparas est~n situadas en el polvorín, almacenes generales y otros locales en donde no sea necesaria la luz más que en ciertos momentos del día. 2. El ciréuíto de noche, destinado, como lo indica su nombre, á funcionar solamente durante la noche, da luz á los dormitorios de todas clases y dependencias de la qficialidad ; comprende 79 lámparas de ocho bujías, de las cuales 58 tienen conmutadores individuales. 3.º El circuíto de combate lo forman 16 -lámparas de ocho bujías repartidas en los pol-vonnes. 4. ~l circuíto d~ la máquina. Este circuíto está destinado para alumbrar á este motor y las calderas. Comprende un total de 26 lámparas de ocho bujías, divididas en dos séries, provistas de un ¡;onmutador situado en la misma sala de la máquina. La série A de ocho lámparas ( dos en la línea de las arboladuras, una en las calderas, cinco en la máquina), debe funcionar día y noche y suministrar la luz· necesaria pata el tránsito. La série B, de 18 lágipara~, completa el alumbrado de la série A y permite observar las piezas de la máquirn¡. y hacer las reparaciones. 5.º E( circuíto de mar, comprende 22 lámparas de ocho bujías, y completa el alumbradü d~ la máquina y de las calderas al salír la embarcacion. 6.º El circuíto de los· fuegos de avance comprende seis lámparas de 30 bujías, tres de las cuales se colocan .en los fanales de popa, dos en los fanales de los costados y ~no en el fanal de cofa. 7 .º El circuíto de las señales comprende diez lámparas de Jo.bujías y alimenta los tocos colocados en los masteleros para las señales de noche. Los dos cables salen del cuadro de distribu_cion y terminan en el pabellon del encargado de este servicio, en donde se les fija á los dos bornes del manipula.d or. Dos cables móviles, compuesto cada uno de 0

seis cables aislados unos de otros, torcidos alrededor de una cuerda de cáñamo y cubiertos con un trenzado de cáñamo alquitranado, sirven para establecer las comunicaciones entre el manipulador y cada una de las lámparas situadas en los fanales de los masteleros. Como estos fanales están á dos metros uno debajo de otro, cada cable suelta, á cada dos metros, á partir de uno de sus extremos, uno de los hilos que le constituyen y un vástago fijo, en el sexto hilo, que sirve de retorno comun á las cinco lámparas. El manipuládor destinado á producir las -señales consiste en una caja cuya tapa tiene practicados diez agujeros cubiertos con \'idrio esmerilqdo (fig. 454); frente á cada uno de estos agujeros hay un jnterruptor. Estos interruptores están numerados de 1 á 10, como los fanales á que corresponden. Cada uno de ellos pertenece al circuíto de un fanal, más el alumbrado y la extincion no se verifican más .que por un conmutador g~neral. Así, para encender los tocos 1 , 4 y 7, por ejemplo, basta mover los interruptores 1, 4 y 7. En este instante, por una disposicion muy ingeniosa, los agujeros 1, 4 y 7 se iluminan, reproduciendo así la señal que, partiendo del mástil, se proyectará á . lo lejos. Al operador entonc~s, para dar la señal, le bastará a<::cionar en el conmutador general. Con un movimiento inverso se apaga el foco y vuelven á su sitio los interruptores parciales, haciendo desaparecer al mismo tiempo el signo de comprobacion. _ Este alumbrado de la caja de señales se obtiene por medio de una lamparita que arde co~stantemente, pero que sólo permite ver su luz en el preciso momento en que cada interruptor que funciona descubre el agujero correspondiente de la caja, agujero que se ilumina inmediatamente. La persona, que hace la señal puede de este modo comprobar anticipadamente el efecto que produc_irá el manejo del conmutador general. . Las lámparas de alumbrado, tipo Edisson de 50 volts, funcionan con 0'75 amperes. Deben tomarse las mayores 12recauciones., en el sistema de suspension de las lámparas, para que las vibraciones ocasionadas por la _marcha de las máquinas y los cañonazos no perjudiquen á los focos.

ALUMBRADO ELECTRICO

Algunas de ellas están colgadas con cadenas. Las que se apliquen á los costados del buque deben descansar en soportes forrados con fieltros de 10 á 15 milímetros de grueso. Además, se fijarán las lámparas en sus soportes por medio de zapatos de madera y resortes cilínd~icos. La fig. 455 representa varias formas de los soportes que se emplean. ' El motor del acorazado Indomptable es una máquina pilon de dos cilindros. Su potencia normal es de 20 caballos efectivos de 3 kilógramos de presion. Como se vé en la fig. 456, el motor y el generador de elecfricidad están montados uno ·al lado del otro y unidos por una polea flexible de resortes. · El generador es una dinamo duplex, es decir, de dos pares de polos, cuyo inducido, por consiguiente, se mueve en un doble campo magnético. Este inducido es un anillo Gramme cuyas secciones están montadas dos á dos en cantidad. · Por este medio se obtiene, para una misma velocidad y una misma intensidad de campo, un consumo doble del de una dinamo ordinaria, ó bien igual CO[lsumo con una velocidad angular Ja mitad menor. Los electro-imanes inductores ·s on de doble enrolladura; el hilo fino sirve para la excitacion en derivacion. El consumo, á la velocidad de 3 50 vueltas por minuto es, con una fuerza electro-motriz constante de 66 volts, de r á I 50 amperes, mientras. que el número de lámparas de 10 bujías alimentadas puede variar de I á 225. El conjunto del motor y del generador eléctrico pesa 3,200 kilógramos; ocupa un espacio de 3 '40 metros en longitud y 0'80 metros en ancho; su altura es de 1 1 60 metros. En el lndomptable hay instalados dos sistemas semejantes, que se pueden sustituir uno á otro y contribuir, ya_al alumbrado general del buqu.e, y¡¡. á Ja alimentacipn -qe los proyectores; así, uno de ellos puede alimentar 225 lámparas mientras el otro lo hace ef!. ocho proyectores de o' 40 metros de diámetro, situados alrededor del bu.q ue, y cuya divergencia es de 45 grados, por lo tanto, iluminarán todo el horizonte. En el acorazado Furieux hay 2 proyectores de 1,600 carcels y unas 150 lámparas de in-

candescencia que iluminan las dependencias de la. oficialidad, las baterias y las torres. La electricidad la suministra una máquina Gramme puesta en movimiento por un motor Brotherhood. Tiene ademas el buque una maquina de combate de igual fuerza que la anterior y una tercera máquina de reserva. Entre las demás instalaciones figuran lá del Sujfrens, del Courbet, que posee 2 proyectores y 350 lámparas; el Vengeur, guarda-costas, con 150 lámparas de 10 bujías. Uno de los buques más modernos de la marina francesa es el Normandia, construido en la misma nacion y, en el cuál se ha renunciado al empleo del acero, que tan en boga está entre los ingleses. Las calderas son de palastro y de esta misma materia (hierro laminado) se ha construido el casco, los nervios y membranas. El árbol de la hélice tambien es de hierro. Este buque tiene una longitud de 140 metros, y es el mayor de la marina mercante francesa. El salon está hácia la proa, al revés de com_o se acostumbra; parece que en este sitio los movimientos son menos violentos durante la mala mar, y menos sensibles, por la mayor distancia, las trepidaciones de la hélice. La máquina es del sistema Wolfy reune las ventajas de la máquina Compaund. El alumbrado eléctrico se ha instalado por la casa Siemens, de L,óndres. Para el alumbrado de las máquinas y para las luces de señales hay arcos voltáicos; y para los camarotes, entrepuentes, corredores y salones, 390 lámparas de incandescencia. Para alimentar estos focos diversos hay tres dinamos independientes. Por medio de un conmutador pueden cambiarse las máquinas por una batería de acumuladores, y apagar ó encender un número c_ualquiera .de lámparas sin que se i•esientan las otras. Las lámparas de arco voltáico son en número de 16: 4 sirven las señales de á bordo; 4 para la sala de las máquinas; 4 para la sala de las calderas; y 4 para los depósitos mercancías. . Las dinamos van colocadas en un espacio reducido, situado á babor de las grandes máquinas motrices. De estas mfquinas, dos son de corriente_continua, y una de corrientes alternativas.

p'ara

• FÍSICA INDUSTRIAL

b6o

Las dos primeras pued\:!n alimentar 300 lámparas incandescentes cada ,una; pero solamente funciona una de ellas; la otra está de de reserva, disposicion muy acertada. La dinamo alternativa alimenta las lámparas q.e arco, que son diferenciales Siemens, y 90 de incandescencia. Cada dinamo lleva su máquina de vapor especial que toma el de las grandes calderas del buque. Las máquinas de corriente c_o ntinua marchan á una velocidad de 600 vueltas por minuto. La transmision se hace por medio de un engranaje diferencial. · La máquina alternativa, relacionada con su excitq.dor, recibe el movimiento por medio de un cable y de poleas de 5 ó 6 gargantas. La excitatriz va montada sobre una corredera ó colisa y puede acercarse ó separarse al órgano motor para que el cable tenga la suficiente tension. Todas las lámparas de incandescencia van montadas en derivacion, al paso que las luces de ar'co van en série: En la cámara ó sala de las máquinas hay un conmutador general dispuesto de modo que permite _que cualquier grupo de luces marche con la dinamo que se quiera. La batería de acumuladores permite la alimentacion de una parte del alumbrado, en . caso d.e accidente ó reparacion en el buque. Los 50 acumuladores que lleva, van colocados párte en la cámara de las máquinas y parte en uno de · los entrepuentes; cualquiera de las dos ·dinamos de corriente continua puede cargarlos (sabido es que las alternativas no pu~den servir para esto). Las ventajas del alumbrado eléctrico en los Máquina n. 0 I n.º 2 n.º 3

n.•

= -

buques es inmensa. El aire del salan y de los camarotes no se vicia por la luz y dan poco calor. Por otro lado, no se necesita~ las antiguas suspensiones cardan para las lámparas eléctricas, las cuales, sobre la facilidad de instalacion, tienen la ventaja de resistir impunemente los más violentos golpes de mar. En 1886 el almirantazgo inglés ordenó se hiciesen emayos comparativos entre el alumbrado eléctrico y el alumbrado por aceite. El resultado económico fué altamente favorable al alumbrado eléctrico. Los ensayos duraron tres meses á · bordo del Colossus y del Cocodrile. En los cuadros numéricos que se hicieron no figura la mano de obra, porque cuidaron de la luz eléctrica los mismos hombres que cuidaban del alumbrado de aceite, y con los mismos salarios. · La economía obtenida con el empleo de la luz eléctrica durante una semana fué de 891 pesetas, lo que al año supone una economía de 46,327 pesetas. Se rompieron muchas lá'mparas, probablemente por hacerlas funcionar á la potencia luminosa normal, que no era favorable á la conservacion. Las máquinas motrices eran del tipo de las que ha elegido el ministerio de Marina en España, máquinas Brodherhood de tres cilindros. Estas máquinas giran á la velocidad misma de las dinamos, y, por lo tanto, no ' hay necesidad de transmisiones intermedias de movimiento, el árbol de la motriz y el de la dinamo embragan directamente. Las máquinas marcharon sin interrupcion siete dias, del modo siguiente:

de las 7 horas del dia 15 á las 9 horas del dia 16 18 » 16 » 9 7 20 » 18 » 9 9 22 » 20 » 7 9

Tot(J-l.

!26 horas. 48 48 - 46 - Í 6.8 horas.

El escape de las máquinas tenia lugar á la El carbon gastado por dia de 24 horas fué presion atmosfériqa en un condensador esde 2,347 kilógramos : El consumo de carbon para la marcha de las máquinas en las mispecial. Se gastaron 16,425 kilógramos de carbon . mas condiciones, pero estando paradas las di-: en las 168 horas, los cuales dieron un 3' r 6 narnos, era de 710 kilógramos. El consumo adicional de combustible para por roo de escoria y ceniza. accionar las dinamos cuando las cald~ras esLa alimentacion se hacia con agua dulce.

AL'JMBRADO ELECTRICO

taban empleadas á otros usos, era de 1,637 kilógramos. El gasto diario de carbon fué, pues, de r,637 kilógramos.. · Resumiendo: el coste diario fué de: / Car bon á 18' 45 pesetas la ton.elada. Aceite. Algodon ó trapos ..

- Total.

2 I 1 '40

pésetas.

15'40 2'85 229'65 pesetas•

Posteriormente á estos ensayos, se han hecho experimentos de otro género para reconocer la influencia de las piezas de artilleria y de las torres sobre el alumbrado. Las lámparas han sufrido algo con los disparos de las grandes piezas de 49 toneladas; pero. cosa estraña, más parecia afectarlas el tiro de las piezas auxiUares de 4 '/, toneladas. Las cargas respectivas de pólvora eran para los primeros cañones de 130 kilos y solamente 18 kilos para los segundos; los pesos de los proyectiles eran 325 y 45 kilos respectivamente. El almirantazgo ingles encargó á la casa Siemens el alumbrado eléctrico de los acorazados Edinb11r,rg, 'Vvarspt'le, Imperi·euse, CoZUngwood y Rodney. Otros once acorazados recibieron igualmente la electricidad despues de los experimentos que acabamos de citar: Trafalgar, con 460 lámparas, cuatro .proyectores y tres dinamos; Nt'le, con 500 lámparas, cuatro proyectores y tres dinamos; Brt'tania é Indoustan, con 450 lámparas de diez bujías. En cada uno de ellos la corriente era producida por 3 dinamos , accionadas directamente por tres máquinas de vapor especiales de 3 5 caballos cada una y girando á razon de 400 vueltas por minuto. En los ensayos de artillería del navío Colossus, los desperfectos ocasionados en el material de alumbrado se consideraron insignificantes. Se han ideado tambien disposicíones que permiten descargar eléctricamente los torpedos desde las torres. Despues de estas instalaciones la casa Armstrong estudió el problema de adaptar á los cañones de los acorazados unas miras para los disparos de noche. . Hasta entonces se empleaba un barniz luminoso, mas el estar provistos ahora los buques de dinamos, permite aplicar-á las miras

66t

de las bocas de fuego unas pequeñas lámparas eléctticas. En Ru~ia, el Livadia y el Pierr.{!-le-Grand tienen instalada la luz eléctrica por la casa Sautter.-Lemonnier. Además del Dándolo, la marina italiana posee otros varios buques alumbrados eléctricamente, entre otros el crucero Dogali, que se supone ser el buque de guerra más rápido del mundo. La organizacion eléctrica de este último se debe á la casa Armstrong, que le ha instalado 2 proyectores de 15,000 bujías y r 50 lámparas de incandescencia Swan de r6 bujías cada una, alimentado todo por 3 generadores Pearson de gran velocidad. En España tenemos los acorazados Numancia, el Victoria y otros más, entre ellos varios cruceros. , Los tienen tambien Suecia, Noruega, América, el Japon y otros paises. En la marina mercante son tam bien en gran número los buques que poseen el alumbrado eléctrico. Los PROYECTORES ELECTRICOS Á BORDO. Como muestra de la gran ven taja de la 1uz eléctric~, y como prueba de que rn i~stalacion en los barcos no tiene nada de complicada, citaremos la del yacht francés fulia.. El aparato se compone de una máquina di·namo-eléctrica con su motor y su proyector. El todo pesa 450 kilógramos. , La máquina dinamo es del tipo A B, construida por Sautter-Lemonnier y C.'; da una corriente de 25 amperes con una tension (potencial) de 50 volts; la dinamo está movida directamente por un motor de vapor especial Brotherhoot de tres cilindros de o'ro metros de diámetro, y que da 900 vueltas por minuto. El motor y la dinamo Gramme van montados sobre una placa de fundicion sobre el puente. El manejo de la máquina es muy fácil y se subordina á las exigencias del servicio de la lámpara. Los hilos conductores van al proyector, que se coloca cerca y delante del palo de mesana·. El proyector es del coronel Mangin con un espejo aplanético de 40 centímetros de diámetro. Está suspendido y montado en dos brazos de hier-ro articulados sobre el puente. Puede dirigirse en todas direcciones y alumbrar un campo de 270 grados, sin que al ti-

...

662

FÍSICA INDUSTRIAL

De esto resulta que, aumentando la luz monel le incomode la luz. La lámpara es automática, del sistema Gramme, con carbones atmosférica su intensidad sobre el ojo, aumentar·á en toda la superficie del círculo de cilíndricos .de 13 milímetros de diámetro. La luz que arroja el proyector es conside- vision y' por consiguiente, con ·mayor rapirable; cuando las circunstancias, son favora- dez que la intensidad d~ la lúz· reflejada por el bles hace visibles los objetos situados á 4 kiló- objeto iluminado. Bajo el punto dé vista militar, esta obsermetros; la intensidad del haz luminoso, á la vacion tiene importancia, porque indica que salida del reflector,' es de 500,000 mecheros Carcel, ó sea cerca de diez .veces la potencia se pueden reconocer los torpederos á mayor •distancia e·n noche oscura que en noche clara. luminosa del faro de la Heve. Tambienes menester contar mucho con el El haz luminoso puede hacerse divergente á voluntad, y alumbrar así un campo más estado del tiempo. La presencia de la niebla, aunque sea ligera, disminuye considerablevasto. La influencia del estado del cielo sobre la mente la visibilidad, porque las vesículas que potencia iluminan.te de la luz eléctrica, es muy la forman se iluminan y difunden la Iuz, poniendo al observador en condiciones desfaimportante . . vorables. Durante el buen tiempo, una noche oscura A pesar de todos los inconvenientes, la luz es la más favorable, y toda claridad repartida en la atmósfera disminuye la intensidad en eléctrica es una arma apreciada, si no de una eficacia absoluta, para ataques nocturnos. proporcion. ALUMBRADO ELÉCTRICO SUBMARINO.-Una de Segun Mennier, hé aquí ·cómo se podrian representar gráficamente (fig. 457) las inten- Las más interesantes y curiosas aplicaciones sidades producidas por el haz luminoso en de la electricidad, es sin duda la .del alumigualdad de condiciones de potencia y de dis- brado submarino. Trouvé tomó por su cuenta . el estudio práctico de este problema, y hoy tancia. La escalg de la izquierda de la figura repre- ha reunido el conjunto de los aparatos más senta las intensidades produddas sobre el ob- cómo.dos para la aplicacion de que se trata. En prueba de ello, citaremos los experimentos jeto iluminado. Las ordenadas de la curva representan las practicados en el canal de Suez. Un steamer inglés echó á pique, á conseintensidades para los cuatro estados atmoscuencia de un abordáge, una de las dragas del féricos: canal. Este accidente imposibilitaba la traveA - luna clara. sía, al menos á los buques grandes. Tratóse de B- luna velada. desmontar la draga sumergida por medio de · C - noche clara. la dinamita y nada pudo conseguirse, porque D - noche oscura. los buzos, andando á ciegas, no podían apreEl ojo percibe un objeto por la luz que éste ciar cúales eran los sitios á propósito p&ra la refleja. En el caso de que tratamos, el objeto · colocacion de los cartuchos, y éstos estallarecibe y refleja la luz del foco luminoso y la ban sin resultado satisfactorio. En esta. situacion, se proyectó ensanchar el luz difusa de la atmósfera. Parece que el objeto debería ser tanto más' visible cuanto más canal unos 20 metros, sobre una longitud luminosa está la atmósfera, pero sucede lo de 200 para restablecer el tránsito. Mas cómo contrario. En efecto, nuestro ojo se comporta se recurriese al alumbrado eléctrico de Troucomo un lente; percibe toda fa luz reflejada vé, alumbrado que no exige ni máquina de en el campo de La vision proporcionalmente vapor, ni motores de gas, ni acumuladores, á las superficies iluminadas; ocupando el ob- y por tanto es el alumbrado directo en su jeto una pequeña extension del circulo de yi- mayor sencillez, entonces ya no hubo necesision del ojo, la luz que refleja se encuentra dad de practicar las obras que se proyectaban. mezclada con la luz que emite la atmósfera, . Lo que hace esencialmente práctico el alumla cual, aunque débil, obra sobre la totalidad brado Trouvé es que puede instalarse en una lancha sin estorbar las maniobras de la emdel ojo. _

barcacion, facilitando así á los_buzos la fácil direccion de sus trabajos en todos los sitios. Este aparato es el que ha prevalecido sobre todos los otros sistemas de alumbrado para los trabajos importantes del Puerto de la Reunion, donde fué adoptado y donde funcionó durnnte mucho tiempo. Tambien se aplicó en Dunkerque, en los trabajos de ensanche del puerto. Consignemos tambien un caso interesante en que este alumbrado ha encontrado una aplicacion excelente. En las torres de ·los grandes buques de guerra, no habia podido resistir las detonacione·s sin apagarse ninguna clase de luz. Recientes experimentos en el puerto de Villeneuve, han hecho adoptar el sistema de alumbrado Trouvé que no adolece absolutamente de aquel defecto. La fig. 458 representa la operacion de destruir la draga sumergida en el e-anal de Suez. El buzo lleva en la mano la lámpara submarina Trouvé y elige el sitio en donde ha de colocar la dinamita. Esta lámpara es la que tambien se usa en la iluminacion de los acuarios. La fig. 459 representa una embarcacion desde donde, por medio de fuertes proyectores Trouvé, se está reconociendo el fondo, concentrando la luz de tres de estos aparatos sobre un corto espacio de suelo sub-marino. Aplicaciones del alumbrado eléctrico en la guerra . .

ALUMBRADO ELÉCTRICO BAJO EL PUNTO DE VI~TA DE LA MOBlLIZACION.-El ensayo que se hizo recientemente en Francia de la mobilizacion de un cuerpo de ejército, demostró el interés que presenta un alumbrado bien entendido de los muelles de embarques y de ilesembarque, de las paradas que se verifican, y de todos los puntos en donde deben efectuarse con rapidez, en tiempo de gu~rra, los transbordos de tropas, de material, de municiones ó de víveres. Lo útil, lo indispensable, es disponer de un conjunto de material eléctrico, de fácil transporte, que ocupe uno ó dos vagones á lo más de un tren de via férrea y permita en pocos minutos desar¡ollar una red extensa de alumbrado eléctrico. En este órden de ideas se han practicado ensayos muy conchJyentes' en

663 Austria, que han demostrado la utilidad de semejante procedimiento. El conjunto, construido en Viena por la casa Siemens y Halske, tiene por objeto faciÍitar un desembarque de tropas, de material de guerra ó de víveres en plena via, material que igualmente se presta al alumbrado de los trabajo¡; agrícolas, de canteria y otros. Lo forman dos vehículos distintos comprendiendo, el uno, una locomóvil y una dinamo, y el otro, todo un fllaterial de alumbrado. No falta nada en este material; postes, perforador para hincarles, cables,aisladores, herramientas de todas clases, ocho lámparas de unas diez horas de duracion cada u.µa, carbones de reposicion, combustible para alimentar el motor, etc. La locomóvil pesa 6,320 kilógramos, el furgon de accesorios :3 ,800. U na rampa de cargamento permite embarcar rápidamente los dos vehículos en los vagones. En casos precipitados, se puede calentar la locomóvil durante la marcha del tren y obtenerse así la luz para el transporte de los vehículos al punto de operaciones. Durante el periodo de movilizacion, la compañia del Mediodia_ilnminó eléctricamente los andenes de Tolosa y los tinglados de mercancías de Carcasona, por medio de in~taláciones móviles de la casa Sautter, Lemonnier y compañia. Cada una de ellas comprendía dos coches; en el uno iba la caldera, el motor y la dinamo; el otro llevaba la provision de agua, de carbon •y las herramientas. El conjunto de los dos coches permitia alimentar seis reguladores Gramme de r 50 carcels. Con el mismo objeto, Fein de Stuttgard, construyó una locomóvil que comprendía un motor de vapor con cajas para el carbon y el agua de alimentacion, una dinamo situada en la delantera, protegida de los choques por un blindaje metálico, y un conmutador situa-do debajo de la dinamo. La transmision de movimiento se efectuaba por medio de un volante ·ueno, que servia al propio tiempo de polea, y montada la dinamo sobre una corredera, podía acercarse ó separarse de aquel por 'medio de un tornillo, con lo cual se daba la tension necesaria á la correa. En el segundo furgon iban 250 metros de cable, las lámparas, sus soportes y todos los accesorios. Los soportes d<:: las lámparas son

FÍSICA INDUSTRIAL

trípodes de hierro hueco, en cada uno de los cuales se monta un poste terminado en horquilla, que sostiene el foco, el cual se sube allí, á cinco metros de altura, por medio de una polea. El equilibrio se mantiene por una especie de estaca metálica hincada en el tei;reno y sólidamente fijada al poste por medio de un cable. Las . lámparas llevan reflectores que dirigen los rayos luminosos al suelo. Segun el constructor, este material es de fácil transporte y bastan quince minutos para dar presion á la caldera y proceder al alumbrado. OPERACIONES DE GUERRA.-Durante la guerra, lo que se necesita no es alumbrarse á sí mismo, sino al adversario, ó' en otros términos, el objeto principal consiste en permanecer en la oscuridad y colocar al enemigo en plena luz. En una plaza sitiada, ~onviene dar luz al enemigo para reconocer y entorpecer sus trabajos, para señalar los movimientos de sus tropas, rechazar un ataque y poder asegu• rar la puntería de las piezas. A un ejército en.campo raso ó sitiando una plaza le conviene iluminar los trabajos del enemigo para destruirlos. · Se obtendrá tanto mejor este objeto cuanta mayor sea la oscuridad en donde permanezca el observador y cuanto más potente sea el foco luminoso de que disponga, debiendo añadir que, si este foco luminoso es poco visible, si es fácil cambiarle de lugar, será muy difícil que el enemigo pueda apreciar la distancia á que se encuentre de él y ajustar eficazmente el disparo en esta direccion. En algunos casos es conveniente alumbrar sus propios trabajos, tales como construccion de puentes, reparaciones de caminos, emprendidos fuera del alcance y vista del enemigo, ó tambien para el embarque ó desembarque de tropas, municiones y víveres, como ya hemos dicho. • Las primeras tentativas que se han hecho relativas al alumbrado eléctrico en tiempo de guerra, remonta_n á la campaña del Báltico durante la guerra de Crimea, á la guerra de Italia, y J.l sitio de Gaeta, para el cual se construyó un proyector que no llegó á utilizarse. Durante el sitio de París se hicieron algunos ensayos por ambos combatientes con el fin de ihiminar las construcciones; el ejército · sitiado empleó reguladores Serrín, alimenta-

dos por elementos Bunsen; los sitiadores emplearon aparatos movidos por máquina magneto-eléctrica. Desde la guerra tranco-alemana, debido al perfeccionamiento de las dinamos, el alumbrado eléctrico én 1a guerra ha hecho progresos gigantescos. Desde 1873, ya se vió figurar en la Exposicion de Viena aparatos de proyeccion muy perfeccionados. Todo, hoy día, se hace por. medio de proyectores, y el más usado es el de Mangin, á quien se deben tambien los aparatos de telegrafía óptica adoptados por el ejército francés. Proyectar en el espacio un_ haz luminoso ex.cesi va mente intenso, para obtener un gran alcance, tal es el objeto que se propone y que se obtiene prácticarnente empleando los espejos parabólicos, forma obtenida haciendo girar un arco de parábola alrededor de su eje. T~óricameñte, reflejan de una inanera paralela á su eje los rayos luminosos que salen de un foco situado exactamente en su foco geométrico. En la práctica nosucedelo mismo. Suponiendo que la forma parabólica se obtenga exacta, como el foco luminoso no es un punto, y tiene, por lo tanto dimensiones apreciables, de todos los puntos situados fuera del foco matemático saldrán rayos que se reflejarán en distintas direcciones, los cuales no concurren de ningun modo á aumentar la potencia del cilindro luminoso proyectado en el espacio. Por <:>tra parte, hasta hoy dia, ha sido muy difícil, por ~o deéir imposible, construir industrialmente buenos espejos parabólicos. En los espejos esféricos, mucho más fáciles de fabricar, el paralelismo de los rayos reflejados que salen del foco principal, no pueden considerarse exactos más que en el caso en que la abertura del espejo no exceda de ocho á nueve grados. En los de mayores dimensiones hay convergencia y, por consiguiente, disminucion de alcance. Hallar un sistema limitado por superficies esféricas que tuviese las mismas propiedades que los espejos parabólicos, tal fúé el objeto que se propuso Mangin, y tal es tambien el resultado que ha obtenido al calcular los elementos de su espejo aplanético. PROYECTOR MANGIN.-El espejo, colocado al fondo de un gran tubo cilíndrico, de igual diámetro que él, ·se co1npone de una lente eón-

ALUMBRADO ELECTRICO

cavo-convexa (fig. 460), cuya cara posterior está plateada y forma espejo. Los rádios de curvatura de las dos superficies esféricas que limitan la lente son distintas, y la distancia focal es, á poca diferencia, igual al diámetro del espejo. Colocando un caudal luminoso en el foco de la lente, el haz reflejado por la cara plateada es perfectamente cilíndrico y tiene gran alca.n ce. El caudal luminoso es un regulador Gramme de movimiento automático ó manual. Un pequeño espejo cóncavo, en cuyo centro de curvatura se encuentra el arco voltáico, dirige al reflector los rayos aberrantes que se perderían al frente. Un sistema de tornillos permite mover el reflector en sentido horizontal y en sentido vertical, y, por 1o ' tanto, variar al infinito la direccion de los rayos luminosos. Para obtener un haz divergente con el fin de alumbrar mayor espacio de terreno, basta desviar el foco luminoso, ó tambien se adapta al instrumento una puerta provista de lentes divergentes que producen el mismo efecto. Se construyen proyectores de 90, 75, 60 y 40 centímetros de diámetro; están montados en zócalos de fundicion cuando deben estar fijos, ó en carromatos para el servicio del ejército. El modelo más pequeño pueden transportarlo dos hombres y establecerle en un soporte de reja (fig. 460). El material reglamenta1fo del ejército comprende dos tipos, correspondientes, el uno á una intensidad de 2,500 carcels, el otro á una potencia luminosa de 600 carcels. El equipo se compone de cuatro vehículos. El primero (fig. 461) es de cuatro ruedas: lleva una caldera Field, un motor Brotherood, de la fuerza de siete caballos, y una máqµina Gramme; el motor gira á razon de 880 vueltas por minuto y su árbol está directamente unido á la dinamo. Este carro lleva además todos los accesorios de la maquinaria, tales como inyectores, bomba, herramientas, etc. Otros dos carros ,de dos ruedas solamente, llevan cada uno un proyector, cien metros de cable de dos conductores, para la union del proyector con la máquina, un soporte de hierro enrejado y dos pequeñas herramientas. Uno de los proyectores es de 0'75 metros, el otro de 0'60 metros. FÍSlCA IND.

El cuarto vehículo lleva la provision de agua y de carbon para un servicio de tres horas, y una bomba rotativa. El aparato secundario consta de un solo carro para el transporte de un conjunto de dimensiones más reducidas, que se compone de: U na caldera F ield. Un motor Brotherood, de tres caballos. Una dinamo Gramme. Un proyector de 40 centímetros. Un cable de dos conductores, de 50 metros de largo. · Un soporte enrejado para el proyector. Una caja con herramientas. PROYECTOR DEL EJÉRCITO ALEM AN. - El proyector empleado en Alemania, tanto para el ejército como para la marina, presenta á poca diferencia la misma forma exterior que el proyector francés. Se compone· de un espejo de vidrio parabólico, que refleja en haz paralela los rayos luminosos emitidos por una lámpara de arco cuyos carbones son horizontales. La lámpara de arco funciona automáticamente ó á mano. Los porta -carbones están montados en ruedas que corren sobre rails, retenidas por galetes para que no salgan de 1~ via á causa de las trepidaciones del instrumento. Como los dos carbones son móviles, el arco es fijo y se mantiene siempre en el foco del espejo. Et carbon positivo es más grueso que el negativo y emite al espejo los rayos que salen de su cráter, de suerte que el punto oscuro del haz tiene solo el diámetro del carbon negativo. El espacio entre los dos carbones es tal, que se gastan igualmente, y la fijeza del arco se obtiene por un movimiento igual de los dos porta:carbones. El movimiento automático se produce por el sistema Krizik-Piette, que funciona bien tanto verticalmente como en posicion horizontal. Este regulador está formado por dos solenoides en los cuales penetran más ó memos dos almas de hierro dulce cónicas á que están fijos los dos porta-carbones. Está encerrado en una caja metálica, y los dos portacarbones salen al exterior á través de dos hen...:. diduras longitudinales; para -que las chispas procedentes de los carbones incandescentes no penetren en la caja que contiene el mecaT.

ll.-84

666

FÍSICA INDUSTRIAL

nismo, cada espiga de porta-carb on lleva una especie de cobija inclinada que cubre -la hendidura que Je da paso. Para transforma r el haz luminoso paralelo en haz divergente , hay un juego de lentes muy bien combinado . Corno en el proyector Manjin,Jel espejo y la lámpara están contenidos en un cilindro metámóvil en dos direclico montado en un"zócalo ., ciones perpendicu lares, disposicion que permite dirigir el haz luminoso en todos sentidos. Este modelo de proyector se emplea no tan sólo en Alemania, si que tambien en Bélgica, en Italia y tambien en China. Los aparatos de campaña del ejército aleman son construído s por la casa Siemens. Su alcance es de 3,500 metros. El equipo comprende : Un carro de cuatro ruedas que lleva la caldera, el motor y dos dinamos Siemens. Un segundo carro que lleva el proyector, cien metros de cable, dos aparatos telegráficos de campaña•, sistema Buckholtz, con su bobina para el desarrollo del cable, y una prcvision de herramient as. PROYECTOR INGLES.- La fig. 462 representa el tipo del proyector construído por Woodhouse y Rawson, para la marina inglesa. En esta c_lase de instrument os, los modelos varían poco y se distinguen únicament e por modificaciones de detalle. En éste, la lámpar¡1 está ligerament e inclinada, y el objeto principal de los constructores ha tendido á que el manejo del aparato fuese muy sensible, empleando para ello transmisio nes de movimient o que permiten al operador dirigir el haz luminoso como le convenga. EMPLEO DE LOS PROYECTORES.-¿Es necesario . colocarse junto aJ proyector para observar el terreno i!uminado? Ciertamen te que no. A parte de que la intensidad del haz luminoso es una molestia para el observado r colocado cerca de él, se observará que la luz que hiere su ojo hace un doble trayecto, del proyector al objeto iluminado y de éste al observador ; de modo que, y prescindien do de la absorcion de la atmósfera, la intensidad luminosa varía, no ya en razon inversa del cuadrado de la distancia, sino en razon inversa de su cuarta potencia. Bajo el punto de vista de la observacion, será convenien te situarse lo más

cerca posible del terreno iluminado. Bajo_el punto de vista táctico, es convenien te tambien separar el proyector del punto de observacion, para reducir cuanto se pueda el conjunto expuesto á los proyectiles del enemigo. Evidentem ente, la configurac ion del terreno es un factor muy importante en esta cuestion, y puede, en ambos casos, determinar de por sí la posicion del punto de observacio n con relacion á la del proyector. Sea lo que fuere, y siempre que se tenga co°:1pleta libertad de accion, colocándos e á r, 500 metros de un proyector de gran tsmaño, se distinguen perfectame nte hombres aislados situados á 3,000 metros de este proyector. Con un proyector secundario se obtiene el mismo resultado para uh alcance de 1 ,ooo metros, colocándos e 600 metros delante. Si por causas particulare s el lugar de observacion no puede estar delante, se le alejará de 300 á 400 ~etros á la~ere cha ó á la izquierda, en cuyo caso, si bien el alcance de la vista se reduce algun tanto, se perciben tambien hombres aislados, ern pleando buenas lentes, á 2,500 ó r ,ooo metros, segun la potencia del proyector. Siendo pues convenien te que los puntos de observacio n están alejados del proyector, es indispensa ble para poderles ulilizar que se pueda desde ellos comunicar las órdenes á los encargados de su manejo. Para ello, se tiende un cable ligero y se instalan estaciones telefónicas provistas de timbres en los extremos. Durante la guerra tur:co-rusa se emplearon los proyectore s para proteger las costas del mar Negro; el puerto de Odessa, particularmente, los utilizaba todas las noches para vigilar su rada. A raíz de la intervenci on inglesa en·Egipto, los trabajos que verificaba por la noche Ara- bi-pacha, en Alejandría , fueron descubierto s por la escuadra inglesa por medio de proyectores. La armada británica los empleó igualmente en el ataque de Souakirn durante la expedicion del Soudan. En Túnez los empleó el almirante Garnault frente Sfax, Gabeó, Monastir y Sousse. El almirante Courbet se sirvió de ellos para hacerse á la mar y atravesar los pasos de( rio Min, después de la destruccio n del arsenal de Fou-Tchéo n.

ALUMBRADO ELECTRIC0

Por último, se han hecho recientemente varios experimentos para aplicar los proyectores á ui1a obra filantrópica, para iluminar los campos de batalla y retirar los heridos durante la noche des pues -de una accion. Estos -experimentas se hicieron en 1883 en Viena, en 1884 en el Campo de Marte de París, en este mismo año en Aldershot en Inglaterra, c;;on aparatos Sautter-Lemonnier. El aparato es un proyector Mangi.n de 40 centímetros. El conjunto, que pesa 2,000 kilógramos está situado en un carro que arrastran dos caballos, y resulta á 12,000 francos. Al proyector se le pueden añadir e.spejos auxiliares que permiten derivar rayos luminosos del haz principal, para dirigirles en varias direcciones. Esta ingeniosa disposicion se debe á Burstyn, oficial de la marina austriaca. En el mismo órden de ideas, la armada vurtem burguesa ha hecho experimentos que demuestran que con un material muy m~vil se puede iluminar el terreno á una distancia de 700 metros, durante la marcha. Encendedores eléctricos.

ENCENDEDORES DE CHISPA DE INDUCCI0N.La electricidad puede emplearse muy ventajosamente para encender las lámparas y los mecheros de gas, suministrando con ello encendedores muy cómodos, de fácil manejo, de poco coste, que funcionan siempre á pesar del viento y las borrascas y evitan, por lo tanto, el empleo incómodo, desagradable y á veces peligroso de los fósforos y del alcohol. Los encendedores eléctricos utilizan la elevacion de temperatura de, un hilo de platino llevado al rojo por la corriente, ó bien la chispa de una corriente de induccion. En los primeros, el hilo de platino está generalmente enrollado en espiral para concentrar el calórico en poco espacio y permitir así el empleo de una corriente menos intensa. En el segundo caso, se ha ensayado el empleo de una bobina de Ruhmkorff. Generalmente se utiliza la chispa de extra-corriente que determina la ruptura de un circuíto. La idea de utilizar la chispa de induccion para el alumbrado á distancia de los mecheros de gas, es muy antigua. En 1852, Moncel y

667

Liais propusieron emplear la bobina deRuhmkorff, aplicando su sistema para encender la mira del observatorio de París, situada á cierta distancia del observatorio en sí. Abandonado luego este método, quedó en el olvido hasta 1874, en cuya época Gaiffe le apiicó para el alumbrado instantáneo de los mecheros de gas de la sala de sesiones de la Asamblea legislativa de Versalles. _ Este sistema, poco extendido en Francia, sufrió muchas modificaciones en América, empleándole des pues ciudades enteras. Por lo demás, e~ muy sencillo y cualquiera que tenga una instalacion de timbres eléctricos puede utilizar las pilas para este sistema. Encima de cada mechero de gas se disponen dos hilos muy finos de platino separados por un peq~eño intervalo y se unen tÓdos estos pequeños aparatos por un conductor; los dos extremos están unidos á los bornes de una bobina de Ruhumkorff, de modo que formen con el hilo inducido de esta bobina un circuíto completamente interrumpido solamente en cada mechero; estando unido el hilo inductor á las pilas, si se toca un botan para que pase la corriente, se producirán chispas en cada interru pcion del circuito inducido y se encenderán los mecheros de gas. EsLABON ELÉCTRICO.-Existen tambien cierto número de aparatos fundados en el empleo de la chispa de induccion que, en vez de utilizar la disposicion de la bobina de Ruhmkorff, utilizan la extra-corriente que se produce en el circuí to de una pila en el momento en que se abre este circuíto, y refuerza suficientemente la corriente para producir una chispa. Es muy ventajoso colocar una bobina en el circuíto para-aumentar la extra-corriente y obtener una chispa más enérgica. Tal es la disposicion adoptada en el eslabón eléctrico de Radiguet (fig. 463). Una lámparilla B. de esencia de petróleo descansa en una vaina M, cuya parte A le sirve de ta pon y de apagador. Para producir la luz, basta empujar suavemente la lámpara de arriba abajo, para que salga de la vaina. Durante este movimiento, la escobilla E frota con la parte estriada del mechero de cobre O, se produce una chispa de extra-corriente entre estas dos piezas, y la lámpara se enciende. Una vez encendida, se la puede fijar en la cazoleta A del

668

FÍSICA INDUSTRIA L

candelero . Para apagar, no hay necesidad de soplo alguno, basta volverá introduci r la lámpara en su vaina, en donde se apaga por medio del apagador ·F , que le sirve al propio tiempo de tapen é impide que se evapore la esencia. La primera parte de la figura represent a el conjunto del aparaté>. Cuatro elemento s Leclanché bastan para el funciona miento del instrume nto. La pila de un timbre eléctrico puede servir al mismo tiempo con este objeto y hasta puede alimenta r varios eslabones situados en su circuito. ENCENDED OR ELECTRICO PARA MECHEROS DE

GAS.-Er nesto Neé emplea igualmen te la chispa de extra-cor riente para encender los mecheros de gas (fig. 464). Al igual que en el caso anterior, una pila Leclanch é destinada á los timbres se presta perfectam ente bien al caso presente. A la derecha del mechero se ve un resorte de acero aislado y unido al polo positivo de una pila; la llave lleva una espiga que, por el tubo de plomo, y haciendo las v~ces de hilo de retorno, comunica con el polo negativo . Al abrir la llave, esta espiga ó vástago toca al resorte de acero y cierra un instante el circuíto, mas como le abandona casi inmediat amente para continua r su movimie nto, la ruptura del circuíto produce entre estas dós piezas una chispa de induccion que inflama un pequeño chorro de gas lateral. Para ello, la rotacion de la llave hace que en el momento en que la espiga toca al resorte de acero, se descubra la base de un pequeño tubo situado á la derecha entre el mechero y el resorte, por donde escapa una cantidad insignifican te de gas, en el preciso momento en que se produce la chispa de induccion , el cual se inflama y al subir la llama enciende el chorro principal ; durante este tiempo, se acaba de abrir la llave y vuelve á cerrar el pequeño conducto lateral. Es muy convenie nte colocar en el circuíto una bobina para aumenta r la chispa; una sola bobina basta, sea cual fuere el número de mecheros que deban encender se. ENCENDED OR-APAGA DOR ARNOULD . - En el caso presente, este nombre se aplica á un instrumento destinado á encender una lámpara y apagarla automáti camente al cabo de algunos instantes , siendo siempre la misma la du-

racion del alumbrad o. Son muchos los casos en que se podrá utilizar este sistema, particularmente para alumbrar por la noche el vestíbulo de una casa cada vez que entra una persona. En este caso, se le pone en comunicacion con el cordon ó cerradura que sirve para abrir la puerta de entrada. En los paises del norte, el conserje ó portero es el encargado de abrir la p1,1erta de la casa, sin que tenga necesidad de salir de la porteria, mirando antes por la ventanill a quien es la persona que llama. Le basta con tirar de un cordon que levanta el pestillo de la puerta. Al efectuar este movimie nto, la lámpara se enciende , arde durante tres ó cuatro minutos y se apaga automáti camente al cabo de este tiempo. La figura 465 represen ta el aspecto general del aparato y su disposici on teórica. La parte principal es una especie de bobina de Ruhmkorff destinada á producir la chispa necesaria para encender la lámpara. Al cerrar el circuíto la corriente entra por A y se divide en dos derivacio nes . La primera compren de el tornillo B, el temblon C, el hilo inductor D de la bobina y pasando por E vuelve á la pila. La segunda pasa por Y, H, I, S, se une á la primera en el resorte C y asi la corriente entera atraviesa la bobina D. En el momento en que la corriente pasa, el hierro dulce de la bobina atrae al temblon C que permane ce adherido , y el primer circuí to se encuentr a interrum pido entre B y C; pero, gracias al segundo hilo, la corriente continúa atravesan do la bobina, que atrae igualmen te á la armadura· K, situada al otro extremo. Al moverse esta pieza, acciona sobre el apagador L, que se levanta y se engancha al taco N, tomando su espiga la direccion de la lío,ea de ,puntos. Este movimie nto interrum pe entre H é I el segundo circuíto de un modo permanen te; como el temblon C ya no está atraido, vuelve á su primera posicion y se pone á oscilar corno en las bobinas ordinarias; la bobina funciona , pues, y produce chispas de i nduccion que brillan alredédo r de l¡,1. mecha y enciende n la lámpara. Todas estas operacion es se . producen durante el tiempo muy corto, en que el circuíto total está cerrado por el interrupt or. Para producir la extincion automáti ca, se dispone sobre la lámpara una _placa metálica • M formada por dos sustancia s de dilatacio n

ALUMBRADO ELÉCTRICO

distinta; la acdon del calórico la curva al poco tiempo y suelta ei apagador, que se aplica entonces á la. lámpara y la apaga. Así, vuelve á encontrarse en inactividad e( apa. rato hasta que, levantando nuevamente el pestillo de la puerta, deja pasar nuevamente la corriente. ALUMBRADO POR MEDIO DE LA INCANDESCEN• , CIA; ALUMBRADO DE LAS BUJÍAS DE UNA ARAÑA Ó DE UN CANDELERo.-Los aparatos encendedores que acabamos de describir, descansan todos · en el empleo de la chispa de induccion ó de extra-corriente. Este sistema tiene la ventaja de prescindir del empleo de una espiral de platino que, aunque no quema en el aire, acaba siempre por gastarse y debe reempla-. zarse al cabo de cierto tiempo. A pesar de este inconveniente, puede producirse el alumbrado empleando un hilo de platino hecho incandescente por una corriente de suficiente intensidad. Este procedimiento es muy sencillo y permite enc~nd_e r instantáneamente las bujías de una araña ó de candeleros, y es además muy curioso. En un ángulo de la habitacion, ó en unas molduras, panr disimularlo, se coloca una pila cuyos polos se unen á los dos extremos de una espiral de platino suficientemente fino; el circuíto comprende un boton de timbre que sirve de interruptor (fig. 466). A la espiral de platino se une además un hilo de algodon fulminante que se enrolla alrededor de las mechas de todas las bujías. Preparado así el experimento, basta oprimir el boton para producir el alumbrado: la espiral pasa á la incandescencia y -enciende el algodon que se quema como un reguero de pólvora y va encendiendo una después de otra todas las bujías con suma rapidez. EsLABON DE SATURl'j'O.-La mayor parte de los encendedores fundados en la incandescencia de un hilo de platino se destinaban casi exclusivamente á los fumadores. Tales son los de Voisin y Dronier, Loiseau, Barbier, y otros, el Lucí/oro y el Fíat lux. La fig. 467 reprnsenta uno de los aparatos más sencillos de . esta clase, al que Pfanté dió el nombre de eslabon de Saturno. Está alimentado por un pequeño acumulador situado dentro de él, que se vuelve á cargar cuando está agotado, por medio de una pequeña pilá de tres ele-

mentos; oprimiendo un rernrte situado en la parte inferior, como se ve en la figura, el hilo de platino enrojece y enciende una lamparita. ENCENDEDORES DE ESPIRkL INCANDESCENTE. Existen hoy dia un gran número de aparatos de la misma clase que sólo difieren entre sí por insignificanj:es detalles de construccion. Hé aquí dos de estos modelos que podrán dar una idea de todos los demás (figs. 468 y 469). Contienen pilas Leclanché, que son en verdad las que mejor convienen á esta clase de aplicaciones. Basta generalmente oprimir un botan para cerrar el circuíto y provocar la incandescencia del hilo y el alumbrado de la lámpara. El segundo modelo (fig. 469) es más original: está de tal modo combinado, que basta imprimir un pequeño movimiento de rotacion á la lámpara para que se cierre el circuíto y se encienda. ENCIENDE GAS ARNOULD.-Particularmente para encender el gas es corno pueden utilizarse ventajosamente las espirales incandescentes. Las figs. 470, 471 y 472 representan una série de modelos que descansan en el mismo principio, diferenciándose tan solo en la forma, ate_ndiendo al empleo á que se les destine. Cada uno de estos encendedores consta de dos partes, un mango y una espiga. El mango de ebonita ó de porcelana (fig. 473), contiene una pila de bicromato cuyo zinc B, situado en la base, es el polo negativo, mientras que el polo positivÓ está representado por una barrita de carbon que la atraviesa en toda su longitud. Cuando el aparato está invertido, como se vé en esta figura teórica, el zinc B no está mojado y la pila no funciona; si se toma el aparato y se le coloca en posicion de emplearle, se pone inmediatamente en marcha la pila. La espiga de este encendedor contiene dos conductores aislados, uno de los cuales está unido al carbon y el otro comunica con el zinc por medio de un cilindro metálico que envuelve el mango· aislante. Los extremos de los conductores están unidos por medio de la espiral de platino. La figura 470 representa el modelo ordina..: río. La fig. 47 r es otro modelo destinado á encender los reverberos en tiempo de borrasca, y ia fig. 472 es otro modelo para encender las candilejas de los teatros.

670

FÍSICA INDUSTRIAL

El primer mo"delo está terminado por un pequeño depósito cilíndrico de laton en el cual se cobija el mechero de gas para que pueda encenderse por viento que haga. El último lleva una especie de _canal metálica invertida, que cubre varios mecheros á la vez; en este canal se pone una mezcla explosiva que, al inflamarse enciende todos los mecheros cobijados. ENCIENDE GAS PERPETUO. - Para terminar trataremos de un verdadero invento; de un a para to cómodo y útil en la economia doméstica y cuyas pretensiones se limitan á encender los mecheros de gas por medio de la chispa eléctrica. Este aparato se debe á Ulmann, el cual ha construido una pequeña máquina electro-estática, un verdadero acumulador electro-estático de bolsillo; y le llamamos acumulador, no en el sentido que se dá hoy á esta palabra, sino en el sentido de que acumula en menos de un segundo, sobre dos armaduras, cantidades de electricidad suficientes para hacer saltar chispas. ' La fig. 4 74 representa el enciende gas y la figura 475 representa las tres partes de que se compone. No hay necesidad de desarmarlo nunca, y debe conservarse, en lo posible, en sitio seco. Las ·tres piezas A, By D, son tubos de ebonita. La pieza B se introduce totalmente en el tubo A. La D C se atornilla por la parte C á la rosca que presenta el tubo A en su parte abierta. El tubo .B queda, pues, encerrado en A, y libre para girar alrededor de su eje, representado por el largo piñ~n E E. Este piñon lleva sus pequeños gorrones extremos; uno que sirve de pivote, es el que penetra por el agu- . jero central de la pieza ó caja metálica C, y el otro lleva su guía en la tapa del tubo A. Sobre la tapa del tubo de ebonita A, .va aislado y fijo un tubo metálico G más ó menos largo;' dentro de este tubo y aislado de él, va una varilla metálica cuyo extremo superior se aproxima á dos milímetros del tubo G; en este intervalo de dos milímetros saltará la chispa. P ara que ésta se ponga, en contacto con el gas que escapa del mechero, el tubo G

lleva unas aberturas, precisamente en el sitio en donde la chispa se P.roduce. Para comunicar un movimiento de rotacion continuo il tubo B de ebonita, sirve un mecanismo encerrado dentro de la caja metálica C. Se a poya con fuerza el dedo sobre el boton F, el cual cede bajo la presion, é impelido por un resorte vuelve á su primera posicion en cuanto la presion cesa. De aquí resulta que el boton F adquiere, bajo la accion del dedo, un rpovimiento rápido rectilíneo alternativo ó de vaiven. Este movimiento ·se transforma en circular continuo en el pi- . ñon E E, por medio de una rueda dentada y cremallera. Como el tubo B va unido al piñon E E, resulta que dicho tubo girará continuamente bajo la accion de la mano. La parte D, de la pieza D C, parte que es de ebonita, no contiene mecanismo alguno, y sólo sirve de mango para tener en la mano el instrumento y hacerlo funcionar con el dedo pulg ar, como queda esplicado. Tocante á la parte eléctric'a de la máquina, en la pared interna del tubo A hay pegadas dos hojas metálicas delgadas de estaño, que cada una ocupa un tercio de lá circunferencia del cilindro; aisladas, por tanto, y aisladas entre sí. Estas hojas representan el papel de dos armaduras destinadas á servir de inductores. No llegan hasta la tapa del cilindro A; ma:;, de ellas salen por puntos opuestos dos tiras ó contactos de estaño. En d-icha parte superior del tubo A, cerca de la tapa, hay cuatro pequeños contactos de estaño que, con los dos ant~riores, forman seis, simétricamente distribuidos en la circunferencia. Dos de ellos comunican entre sí. Los otros dos, respectivamente comunican con el tuboG y con la varilla interior á ésta. El tubo B lleva en su superficie interna seis tiras de estaño pegadas á lo largo de las generatrices, cuyas tiras dejan entre sí un espacio igual á su ancho. Hácia la parte superior del tubo, las seis hojitas dejan salir sus _puntas á la superficie exterior de B, donde forman unos re1feves elásticos y flexibles: Estos relieves ó contactos exteriores al tubo B, cayendo precisamente enfrente de los seis contactos interiores al tubo A, antes esplicados, frotarán con ellos por poco tiempo, durante la rotacion.

ALUMBRADO ELECTRICO

Parece que este aparato funciona como el acumulador eléctrico de Varley, ó á la manera del recargador ó replenisher de Thomson. Si es así, no hay necesidad de los seis contactos fijos, pues que bastarían cuatro: dos diametrales comunicando con las armaduras inductoras fijas (dos receptores), y dos diametrales, unidos entre sí (dos conectores). El tubo G podria comunicar con una armadura, y la varilla interior de G con la otra. La higiene y la luz eléctrica.

., o ·.. " >

Gas de hulla grasa,. Gas ordinario. Aceite de ballena .. Aceite de· parafina . . . Esencia de trementina . Bujías de esperma. Bujías de cera. Bujías de estearina .. Velas .. Lámpa!·as de incandescencia .

·e~

-...,......, o

O')~

-~..1

98 1 34 192 188

214 238 249 339

....

. ....

__;

467 49º 672 964 94 1. 1071 1190 1248

1698

491 7°3

587

911 824 888 965 94J 1276

No se concede la suficiente atencion e 1mo o o . portancia á las ventajas que presenta la luz eléctrica bajo el punto de vista de la salubridad. Cierto es que nadie igno1"a que la luz Esta tabla demuestra la necesidad absoluta eléctrica no vicia la atmósfera, y que desde la ventilacion; un mechero de gas, por prende poco calor comparativamente con . el ejemplo, vicia 490 litros de aire por hora; y gas. No sucede lo mismo en Inglaterra donde si está colocado en una pieza de las dimense apreció desde luego la superioridad higié- siones ordinarias (5 metros X 3 metros X nica de este sistema de alumbrado, como lo 2'7 metros) que contiene 40 metros cúbicos prueban todos los estudios que se han hecho de aire, este solo mechero absorberá en 80 hosobre este asunto, y en particular Crompton ras todo el oxígeno que ha ya en el local. en una comunicacion que dirigió á la sociePero la absorcion de oxígeno no es el solo dad de los ingenieros de telégrafos y de los inconveniente de semejante alumbrado; es preciso tener en cuenta el ácido carbónico proelectricistas de ) Lóndres. Antes, la idea de la luz arrastraba forzosa- ducido queforma una atm ósfera peligrosa para mente la de combustion; la luz se producía )a respiracion. Además, en la mayor parte de las luces de únicamente por la combinacion de una materia carburada inflamada con el oxigeno del llama, la materia carbónica no se oxida enaire, produciéndose ácido carbónico. Esta pro- teramente, y se desprende cierta parte de ella duccion era tanto mayor cuanto lo era la can- bajo la forma de humo y de hollin, que tamtidad de oxígeno consumido. Con los antiguos bien contribuye á viciar el aire. Ea los meprocedimientos no era posible alumbrarse cheros ordinarios de gas, una cantidad bassino á expensas del aire que se respira, y este tante importante de este flúido se escapa sin hecho puede traer consecuencias bastante gra- quemar y se reparte en la atmósfera. Finalves en los locales de dimensiones reducidas, mente, hay siempre produccion de vapor de sobre todo si la ventilacion c:s tan mala como agua, lo cual está muy lejos de convenir á la de costumbre. La cantidad de ácido carbónico limpieza y al bienestar de las habitaciones. Es muy difícil, dice el Dr. Griffin, de Bris- . desprendido es, en efecto, mucho mayor que lo que ordinariamente imaginamos; -podernos tol, imaginarse la composicion y la temperaformarnos una idea de los malos efectos que tura del aire cerca del techo de un local en pueden resultar, sabiendo que un mechero que el gas ha alumbrado durante algun tiemde gas ordinario absorbe tanto oxígeno como po; solamente la experiencia puede dar una cinco ó seis personas. Las cifras siguientes, idea de ello. Esto bastaría para deteriorar los citadas por Crampton, permiten apreciar exac- papeles, las pinturas y los objetos colocados tamente los resultados de la combustion de en la parte alta, cuyo daño se aumenta por el las materias destinadas al alumbrado. Dichos agua prod_ucida por la combustion. Un menúmeros se refieren á lucl:)s de una intensi- chero suele dar tam bien gases sulfurosos, cudad iluminante de 12 bujías, y para un tiempo yos efectos no están exentos de peligro. Esta es una de las razones que ha contride una hora.

FÍSICA INDUSTRIAL

Pero el fabricante de lámparas conoce, dibuido más en Inglaterra á la generalizacion recta ó indirectamente, la superficie del filadel alumbrado eléctrico en los palacios, hoteles y fábricas donde no solamente se busca mento, y como la cantidad de energía y la el lt1jo, si que tambien lo confortable y lo hi- cantidad de luz son proporcionales á la su. perficie del filai:nento, presenta ya clasifigiénico. cadas sus lámparas y puede decir si las lámProblemas práctico¡; de alumbrado eléctrico. paras son de 1 bujía, de 8, de 16, etc. Pues bien, es seguro que la segunda lámSon muchos los qµe se dedican á hacer expara tendrá aproximadamente una superficie perimentos y ensayos con pilas y lámparas incandescentes, pero son muchos tam bien los de filamento ocho veces mayor que la primera que no obtienen ningun resultado con las lám- y mitad que la tercera. Resulta, pues, que la luz que puede dar un paras y pilas que compran, á cuyo fin expoµdremos algunos problemas de luz eléctrica de filamento de carbon es sensiblemente proincandescencia obtenida por las pilas, que es- porcional á su superficie, y que á la vista de . tractamos de La Electricidad, ,interesante reun filamento se puede juzgar á ojo, de lamal yor ó menm· luz que dará trabajando en las vista que se publica en Barcelona . Empezaremos, dice, por sentar que todo fi- condiciones normales, no forzadas. CALCULO 8E LA CORRIENTE QUE NECESITA UNA lamento, para dar en buenas condiciones la LÁMPARA DADA.-Podemos admitir que la luz luz eléctrica, ha de recibir una cantidad de energia eléctrica por segundo, proporcional de una bujía obtenida con· la lámpara de iná la superficie del filamento. Si se le dá me- candescencia, cuesta por término medio cuanos energía eléctrica, no brilla bastante; si se tro watts por segundo. Ahora bien: la energía eléctrica que por le dá más, brillará más, pero durará poco segundo aprovecha una lámpara de incandestiempo el filamento. cencia atravesada por una corriente de I amEn una Pi-labra: cada milímetro cuadrado de superficie del filamento ha de recibir una peres, es, representando por r la resistencia cantidad determinada de energía. No pode- del filamento de carbon, mos decir por ahora cuánta, porque lo ignor r watts ramos; mas, si lo supiéramos, nos bastaría Luego, si la lámpa'ra, segun el fabricante, saber la superficie que tiene un filamento para ha de dar L bujías, será preciso que absorba decir: ese filamento dará tanta luz y gastará por segundo una energia eléctrica de tanta energía por segundo. 1 Supongamos, aunque no lo sabemos, que 4 L watts. cada milímetro cuadrado de superficie de filaTendremos, por tanto, que r I' y 4 L han 1 mento exige - - watt; si nos dan un filamento de ser cantidades iguales, ó bien: 2 de 20 milímetros, podríamos decir desde lue(a) r I' = 4 L go: ese filamento exige: de donde sale I rnwatts 20 X 2 (b) I \L amperes. y dará Es decir, que, si compramos una lámpara IO ' b ., de L bujías, y, que tiene una resistencia de r 2 5 UJlaS. 4 ohms, esa lámpara, para funcionar bien, ne:.. No conociendo, como no conocernos, la cesita una corriente de energía que corresponde á cada milímetro .l-¡rcuadrado qel filamento, no podell}OS valuar - '. - - amperes. . r directamente la energía que éste exigirá por Regla. Multiplíquese por 4 el número de segundo. Dejemos, pues, ese camino, que sebujías de la lámpara; el producto se divide ria el más directo para resolver el problema.

- =

•

ALUMBRADO ELÉCTRICO

por la .resistencia de ésta; se extrae la raíz cuadrada del cociente; lo que resulta es la corriente que necesita aquella lámpara para funcionar. Podrá funcionar con algo menos de corriente, pero dará poca luz, y con algo más, brillará demasiado y no tendrá tan larga vida la lámpara. EXPLICACION DEL MAL ÉXITO DE AL(i-UNOS 'E NSA YOS.-Si tomamos una lámpara de L bujías · y de r ohms, es muy posible que ni con diez ni con cincuenta elementos de cierta clase, dispuestos siempre en série, se pueda hacer brillarlalámpara en sus condiciones normales. En efecto: sea I la corriente que necesita la lámpara. Sean E y R la fuerza electro-motriz y la resist~ncia de cada elemento ~de pila que · queremos usar; sea n el número de elementos que necesitaremos. Tendremos esta ecuacion, que es la ley de Ohm. ·

(c)

nR+r

elemento cerrado en corto circuíto, ó sobre un amperómetro: luego aquella condicionalgebráica dice que, si la corriente: de un sólo elemento no es mayor que la que exige la lámpara es inutt'l poner muchas en série. Para convencerse de esto, haremos ver que un elemento solo, cerrado sobre sí mismo, da más corriente que 50 ó que 100, si se pone en el último caso alguna. resistencia, .como es natural. En efecto: la fórmula de la corriente con n elementos puestos en série es: 1- -

n - ~

ó bien

+ .!:._ n

Esta última fórmula hace ver que I es meamperes.

nor que : , que es la corriente que daría un

sólo elemento, sin resistencia en el circuíto exterior. rI EJEMPLOs.-Se tiene una lámpara que el (d) E _ R 1 elementos n fabricante da para cinco bujías, y que tiene Esta fórmula ( d) es plica el caso del que con una resistencia de 2 ohms. La fórmula (b) dice que la corriente ha de 60 elementos, por ejemplo, no consigue pro, ser: ducir la luz. Basta qüe E sea menor ó igual que R I para L = ,-/ / 4 X 5 = l/~=2amp. que n sea negativo ó infinito; es decir, para l= 5 . r . que sea de todo punto imposible hacer brillar Supongamos-que tenemos, y que queremos normalmente aquella lámpara. Otra podrá funcionar bien, la que exige I emplear elementos de Leclanché cuyas consamperes no, con 100 ni con I ,ooo elemen- tantes sean, en marcha normal: tos en série se conseguirá el resultado apeE= 1'3 volts. tecido. R_.:._ 2 ohms. Para que la lámpara pueda funcionar es Veamos lo que vale ahora la expresion preciso que . E - R I: E vale 1'3; R I vale 2 X 2 = 4. Como E>RI 1'3 es menor que 4, resulta que es absolutaó bien mente imposible hacer funcionar esa lámpara con elementos Leclanché puestos en série. Lo I<_!_ mismo dará poner IO que 100, pues no se obR tendrá lo que se desea, esto es, los 2 amperes Traduzcamos esta última condkion alge- que necesita la lámpara. Otr:o ejemplo.- Veamos si podrá funcionár bráica al lenguaje ordinario: para ello observemos que I es la corriente que la lámpara esa lámpara con elementos de bicromato, sistema Trouvé, de los . que tienen estas consnecesita; : es la corriente que daria un sólo tantes: de donde

v.' 4

FÍSICA IND.

T, 11,-

:674

FÍSICA INDUSTRIAL

E= 2 volts. R=o'1 ohms.

E vale 2; R I vale 0 ' 1 X 2 = 0'2. E es mucho mayor que R I; luego es posible hacer funcionar esa lámpara con elementos de bicromato. En cuanto al número de elementos que se necesitarán, la fórmula (d) contestará. r I

- .

n- E- RI -

2 -

o' 1 X

JO ' - Ts - 5 5

elem.

Claro es que habrá que tomar _5 ó 6 elementos. Otro. ejemplo.-Resolvamos el problema para la misma lámpara, pero empleando elementos de Leclanché, de los que tienen por constantes: E = 1'3 -volts. R = o' 5 ohms. Veamos lo que vale E - R I. E vale 1'3; R I vale 0' 5 X 2 = 1. Luego E es mayor que R I , y será posible alimentar la lámpara cou estos elementos, en número de :

rl n = E -RI Sustituyendo valores tendremos:

, 5 X. 2

3-0 5X2

JO _ -,--I 00 - -- 33 elementos.

Vemos, pues, que la lámpara dada para 5 bujías y 5 chms: 1. º No podia funcionar bien de ningun modo con elementos Leclanché de la primera clase, puestos en série. 2. Podrá funcionar con elementos Leclanché de la segunda clase, pero exigirá 33 elementos. 3. Podrá funcionar con elementos Ttouvé y exigirá de 5 á 6 elementos . De todo lo dicho, se pueden, sin embargo, sacar consecuenct'as f alsas, tales como estas: 1. ª Con elementos Leclancbé de la primera clase puestos en série, no se puede obtener la luz eléctrica. 2." Para tener una luz de 5 bujías se necesitan 5 elementos Trouv~ en série, ó 33 Leclanché, segunda clase, y no menos. Es perfectamente posible obtener las 5 bu_-

jías y más, con 4 elementos Trouvé; es perfectamente posible obtener luz eléctrica con elementos cualesquiera de pila puestos en série, y con cualquier número de elementos. Más, para conseguir esto, es preciso que no se imponga ninguna lámpara determinada; es preciso buscar la lámpara á propósito. Para que este asunto quede perfectamente claro, empezaremos por resolver el siguiente curioso problema. PROBLEMA !.-Dada una pt"la en serie de · cuatro elementos bicromato, ¿cuál es la mayor canti'dad de lu1 que puede dar por segundo? ¿Qué resistenct'a debe tener la lámpara para que dé el máximum de lu1 con esa pila? Inútil es decir que lo mismo que tomamos para ejemplo esa pila, podemos tomar cualquier otra. La marcha que seguiremos es la misma para todas las pilas. Las constantes de esa pila son: E= R=

volts aproximadamente. ohms.

0'1

Sabemos que una pila cualquiera produce el máximo trabajo útil, ó máximo traoajo exterior, que es lo mismo, cuando la resistencia exterior del circuíto es igual á la interior, ó sea á la de la pila: es así que en el ejemplo propuesto la resistencia de la pila es 4 X o' r ohms; luego la resistencia exterior, que es la lámpara, ha de ser de r = 0'4 ohms, para trabajar en las condiciones del máximo. Veamos cuál será la corriente que dará la pila con esta lámpara:

4X 2 4Xo' r +0'4

= o'8 =

amperes.

Deberíamos, pues, encargar al fabricante una lámpara de o ' 4 homs de resistencia, y con una superficie de filamento tal que sea la que corresponda á una corriente de ro amperes. Basta con esto; pero, si se quiere expresar lo mismo de otra manera, podemos raciocinar de este modo: la diferencia de potenci~les que. exige la lámpara se obtiene multiplicando su resistencia por la corriente que necesita; luego la diferencia de potenciales de esa lámpara será :

ALUMBRADO ELÉCTRICO

0'4 X 10 = 4 volts.

Así, se pedirá una lámpara de 0'4 ohms y 4 volts. La energía ó trabajo útil que producirá la pila, y que absorberá tal lámpara será:

r l' = 0'4 X 10 •=o' 4 X 100 = 40 watts. Y como sabemos que cada 4 -watts producen una bujía, tendremos que la cantidad de luz que puede producir la lámpara alimentada con cuatro elementos Trouvé es:

b .,

UJiaS.

Este es el máximo teórico de luz que se puede obtener de cuatro elementos Trouvé. Mas, aunque es posible, no conviene hacer trabajar la pila en esas condiciones, porque no es económico. En esas condiciones de trabajo máximo, no se aprovecha más que la mitad de la energía química que la pila produce; se aprovecha el 50 por 100 de la energía, el rendimiento .es de 0' 50. Si se quiere una luz más económica con cuatro elementos Trouvé, aunque menos intensa, será preciso adoptar para la lámpara una rnsistencia r superior 0'4 ohms. Supongamos que quisiéramos aprovechar el 70 por ·rno de la energía química de la pila, ósea obtener un rendimiento de 0'70. Empezaremos por poner esta ecuacion: _ (e)

o 70

r nR + r

puesto que el rendimiento no es otra cosa que la relacion entre la resistepcia r de la lámpara y la resistencia· total (n R r) del circuí to. Ahora bien, en el presente ejemplo, tenemos

n = 4 elementos

'.R = 0'1.

Luego, la ecuacion (e) dará: 0'70

r 0'4+r

Despejado r resulta :

r=o'9 ohms. La corriente que dará la pila de 4 elementos Trouvé con esa lámpara será, segun la conocida fór~ ula de Ohm:

nR+r - 4X o' 1+0'9 = 1'3

6 amps.

La energía eléctrica útil por segundo será

r I• = 0'9 X 6• = 32 watts. Y como cada bujía exige 4 watts, la luz de la lámpara será: ., - 32-= 8 b UJ!aS. 4

Podemos, pues, pedir al fabricante una lámpara de 0'9 ohms para resistir una corriente de 6 amperes. El potencial consumido por esa lámpara será: 0'9 X 6 = 5'4 volts. Tambien podemos pedir una lámpara de 6 amperes y 5'4 volts. Si queremos más economía , podemos aprovechar 90 centésimas de la energía de la pila, ó lo que es lo mismo, obtener un rendimiento de 90 por 100. Entonces determinaremos r por la ecuacion.

o'90

r 4 X o' r + r

la que nos dará :

r=3'6 ohms. La corriente que dará la pila con 'esa lámpar~ será: ¡ _:_ nE - n R+r

4X2 8 4 X o' r + 3'6 = -¡-=2 amps .

La energía ~léctrica útil será:

r l' =3'6 X

= 14 w atts .

Y como la luz de una bujía cuesta 4 watts, tendremos una luz de:

21.. = 3' 5 bujías. 4

Así, se pedfrá una lámpara de 3' 6 ohms, para una corriente de 4 amperes. El potencial consumido en la lámpara será de: r I =3 '6 X 2 = 7 v9lts.

FÍSICA INDUSTRIAL

Tambien podemos pedir una lámpara para 2 amperes y 7 volts, que es lo mismo que antes. PROBLEMA Il. - ¿ Que lu 1 podría obtenerse, como máximo, con un solo elemento Troúvé de bicromato, y qué lámpara.se necest'tará? Para el caso del máximo, ya sabemos que la resistencia de la lámpara ha de ser _la de la pila, luego r=o'1 La corriente será: I--1~

l= 1

nR+ r

+ o'Í = X I0 ,X2 1

, 0 2

amperes.

La energía aprovechada, util, será:

r l'

= 0'1 X 10• =

watts.

La luz que daría será:

-= 4 IO

., 5 b UJlaS.

PROBLEMA lll.-¿Qué lu 1 podría obtenerse, como máximo, con un elemento de Leclanché cuyas constantes fuesen E= 1 '3 volts, y R=2 ohms, y qué lámpara se necesitaría? La resistencia r de la lámpara habia de ser de 2 ohms, como la del elemento:

r=2 ohms.

La corriente seria: nE l= · nR+r I X 1'3 I = - --"---

1x2+2

1'3 = = -4

4X 5

0'3

amperes.

= 2 X (0'3)• = 2 X 0'09 = 0 ' 18 watt~.

La luz obtenida seria: , b ., -0'18 = O 045 UJlaS. 4

Vernos, pues, que siempre es posible obtener luz, ·a unque en ciertos casos .diminuta y casi inapreciable, con un elemento cualquiera. Hemos estudiado la cuestion del alumbrado por pilas, suponiendo que los elementos de esta se dispor.ien siempre en série. Hemos

= 20 watts.

Luego la energía útil que ha de dar la pila ha de ser: r I'

(m)

= 20 watts,

siendo r la resistencia de lámpara que hemos de bu.scar. Para que el rendimiento sea de 0'80 es pre ciso que se satisfaga esta ecuacion. '8 r o o= nR+r

( n)

La energia utilizada seria: r I'

visto que siempre es posible obtener luz; pero que si empezarnos por tomar una lámpara incandescente cualquiera para hacerla funcionar con la pila que tenemos, sucederá que esta pila, en general, no servirá para esa lámpara por tener demasiados elementos ó por tener pocos; que del caso de tener pocos, pudiera suceder que las constantes de estos elementos sean tales, que ni aún aumentando indefinidamente su número se pueda conseguir que la lámpara funcione en condiciones normales. PROBLEMA IV. -Se quiere obtener una' lu1_ de cinco bujías empleando los "elementos Trouvé, cuyas constantes son E= 2 volts, R = 0'1 ohms. Cuántos elementos deberán ponerse en série? Qué lámpara deberemos emplear pa.r a , obtener un rendimiento de 80 por 100, ó sea de 0'80? Admitiendo quq cada bujía exige una energía eléctrica de 4 watts, si bien hay lámparas que consumen 3 watts por bujía y aún m~mos, las cinco bujías exigirán:

La corriente de la pila viene dada por esta ecuacion. I-

(P)

nR+r

Las tres ecuaciones (m) (n) y (P) resuelven el problema.' Despejando r, n é I, tendremos:

4 X 5 X_R'_ r = -'--::__ E' (1~0'80) 1 (2) (3)

4X5XR = -=c---''=--~---=--E' 0'80 (r - 0'80) l= E(r-0'80) R ,.

ALUMBRADO ELECTRlCO

Podemos· escribir estas tres importantes fórmulas de un modo más general, representando el rendimiento eléctrico, que· antes era ·0'80 por la letra K; y poniendo en vez del número 5, que representa el número de bujías, la letra L. Así tendremos estas tres fórmulas: (1)

4 LR' --- ohms E•(1-K)' .

·r = --

(2)

n= .

(3)

4 ~-~ -- elementos

E' K (1 - K)

E (r -- K) R amperes.

L, representa el número de bujías que ha de dar la lámpara: E y R la fuerza electromotriz y la resistencia del elemento de pila que se quiere emplear. K, el rendimiento que se desea tener; esto es, la parte de energia que se quiere aprovechar; si conviene aprovechar ocho décimas de la energia total, K valdrá o'8; si se quiere aprovechar solam~nte la initad de la energia total, K valdrá 0,5. n, ~s el núme1io de elementos que hemos de poner en série. Aplicacion.-Apliquemos esas tres fórmulas al ejemplo antes propuesto y tendremos:

4 >< 5 X (0'1)' 21 X (1-0'8) 1

0'20

4X5Xü'I n= 2•xo'80(1-0'8) I

_ _2 X ( r - o'8)

= 0'16 =16 = 1 25 ohms.

0'1

= o'64 =

b .,

UJ18S.

que es lo que queríamos dem9strar. Si la lámpara consume 3 watts por bujía, ó menos, se repite el cálculo empleando el número 3, ó el que sea, en vez del 4 que hemos empleado_. La fórmulá general (r) demuestra que cuanta más economia busquemos, mayor será la resistencia que debe tener la lámpara. En efecto, cuanto más grande sea K más grande será r. La fórmula (2) dice que si damos á K el va!or o' 50, resultará el menor número posible de elementos para conseguir las L bujías. Cuanto mayor valor demos á K, á partir de ese número 0'50, más elementos se necesitarán para producir las L bujías. · Hagamos otra aplicacion de las tres fórmulas generales (1), (2) y (3). Producir la lur_ de 5 bujías con elementos Trouvé y con un rendimiento de o' 9 5. En este caso tendremos: E= 2 volts R=o•1 ·ohms K=o'95 L = 5 bujías. Las fórmulas (1), (2) y (3) darán:

. _ 4 X 5 X (0'1)' _ 0'20 _

h r- 2• (1 - o'95)'- o'ro -- 2 o ms.

_ X 5 X o' 1 _ _ n~ ---- 4---~-- -2- 1oelemts.

0'19

elemtos.

o' 4 = -··, - = 4 amperes. O I

rl= 1'25X4= 5volts. Comprobacion: La lámpara consumirá una energia

4' =

2' X 0'95 (1 - 0'95)

Si . se quiere saber el número de volts que consumirá ~a lámpara, no hay más que multiplicar el valor obtenido para r por el de I. Así, resultará:

r I' = 1'25 X

20 -= 4

1'25 X 16 = 2owatts . .

Y como cada bujía cuesta 4 watts resultarán:

.I =

2 X (1 --0'95) , =0'10 , -= O I

O I

amperes.

Otro problema.- Se tt'enen n elementos de una clase determinada que se quieren di'sponer ó agrupar en serie y utililt'1arlos todos. Se quiere obtener un rendimiento dado K. Se pregunta: ¿qué resistencia deberá tener la lámpara, qué intensidad la corriente, y cuántas bujías tendrá la lur_ que se produ 1ca? La intensidad I de la corriente vendrá dada por la fórmula ya conocida. (4)

. E(1 -K) = R amperes.

La intensidad de la luz que obtendremos, ó sia el número de bujías, la dará la fórmula:

- PÍSICA INDUSTRIAL

( 5)

nE 1 K(1-K) b ., UJ1as. R 4

La resistencia que debe tener la lámpara vendrá dada por la fórmula : (6)

Estas tres fórmulas no son más que transformadas de las tres anteriores. Hagamos una aplicaéion numérica de este problema. Se Henen 6 elementos de bicromato de potasa en série. E= 2 volts, R = 0'1 ohms. Se quiere un rendt'miento de 0 '90.

n valdrá 6

nRK

r= -

1 -

K ohms.

Sustituyendo valores tendremos:

- K) _ 2 X (1 - 0 '9) 0'2 I --- E X(!_ R , -- - = - , - =2 amperes. O I O 1 . 21 6 , ., 2 ' 16 _ n E• K (r - K) _ 6 X 2• x 0'9 (1 - 0'9) L4R 4xo'1 = 0 '40 = ~ = 54buJias.

nRK

r= - - 1-K-

0 ' 1 X 0 '9 --=-----=------<I -

0 '9

0 ' 54 54 = - ,- = = 5'4 ohms. O 10

De todo el estudio que acabamos de hacer, Tambien resulta de este estudio que la lámse desprende que, con un cortísimo número para de incandescencia ha de arreglarse á las de elementos se puede obtener una luz de 5 condiciones en que quiere colocarse el opeó de 10 bujías. Si se ponen más elementos es rador, y que la variacion de cualquiera de para que tenga más duracion la luz. Si con un •)stas condiciones arrastra la variacion de la número dado de elementos no se saca toda la Lámpara . Una, lámpara no puede sustituir á intensidad de luz que se puede, es por aten- otra distinta y · funcionar en idénticas conder á la economia. · diciones.

,- .

CAPÍTULO XIV

Telegrafía eléctrica ARTE HISTÓRICA.-Desde que se observó la gran rapidez de propagacion de la electricidad, se estudió el sacar partido de ella para transmitir señales. Franklin fué el primero á quien ocurrió esta idea, pero sin qu·e la formulara. En la antigüedad se utilizaba la luz de las hogueras que se encendían en las alturas. A raiz del descubrimiento del telescopio, Amontons propuso hacer señales por medio de palancas articuladas con cuyos movimientos se conocia de estacion á estacion, lo que se queria expresar, segun unas tablas de señales; esto ya se había hecho antes, en el siglo tercero antes de nuestra era, por Filipo V, padre de Perseo, por medio de un sistema de fanales. A fines del siglo pasado el abate Claudio Chappe inventó un aparato para comunicarse . con sus hermanos, distantes media legua, y este fué el origen del sistema de telégrafos que, presentado por el mismo Chappe, adoptó en Francia la Convencion nacional de 1793, y .que tambien fué adoptado en Inglaterra tres años despues, y mucho más tarde en España. Se componía este telégrafo de una regla ver. tical colocada en punto elevado, á la cual se adaptaba otra en forma de cruz, pero quepo-

dia girar en el punto de union; esta segunda regla llevaba en sus extremos otras dos formando tambien cruz, las cuales podían girar igµalmente en el punto de union, y terminaban en punta por un lado; la respectiva posicion de todas estas piezas formaba signos diferentes, que, vistos con un anteojo desde otra estacion y reproducidos en ella, iban transmitiéndose de una á otra, desde la que remitía hasta la que recibía. En España se modificó despues este apar~to formándole de dos bastidores colocados verticalmente, con fajas horizontales en ellos; un tambor ó aro que subía y bajaba entre estos bastidores se colocaba en diferentes posiciones con respecto á las fajas horizontales, y así se producian los diversos signos. Estos telégrafos tuvieron gran importancia, á pesar de los inconvenientes que presentaban, pues para transmitir por su medio era necesario una atmósfera despejada y la luz del dia, siendo además lenta la transmision, y muy costoso el establecimiento de ~na línea; tambien se ideó, hacer la transmision por medio de luces durante la noche, como ya hemos dicho. Estudiada la electricidad por varios físicos y vista su extraordinaria velocidad al pasar por los cuerpos bt1enos conductorest se pensó .

680

FÍSICA INDUSTRIAL

hacer que este agente produjera signos distintos en punto lejano del experimentador, con el objeto de transmitir el pensamiento. El francés Lesage, ensayó en Ginebra en 1774 un telégrafo compuesto de 24 hilos metálicos anegados en la resina de una caja de madera, en cuyos extremos tenían electroscopos de péndulos que correspondían con las letras del alfabeto. Para señalar una letra, se hacia comunicar el extremo opuesto del hilo correspondiente con una máquina eléctrica. Este sistema se aplicó, en 1797, entre Madrid• y Aranjuez, por Betancourt; la electricidad pasaba por los hilos por medio de una botella de Leyden. Durante este mismo año, Lomond instaló en sus habitaciones un aparato análogo, que excitó vivamente la ·admiracion de Young. En 1794, Reiser hácia centellear letras metálicas fijas á un plato de vidrio que comunicaba con el suelo, por medio de chispas eléctricas producidas por los extremos redondeados de hilos metálicos. El español Salvá se ocupó tambien de este asunto, y presentó una Memoria á la Academia de ciencias de Barcelona, preparando al mismo tiempo un apara.to eléctrico, todo lo cual resulta del siguiente párrafo que copiamos de la Gaceta de Madrid del martes 29 de :q.oviembre de 1796. «El Excmo. señor Príncipe de la Paz, que por todos medios desea fomentar los progresos de las ciencias útiles en el reino, noticioso que el doctor D. Francisco Salvá babia leido á la Real Academia de ciencias y artes de Barcelona una Memoria sobre la aplicacion de la electrididad á la telegrafía, y presentado al mismo tiempo un telégrafo eléctrico de su invencion, quiso examinarle por sí mismo, y satisfecho de la prontitud y sencillez con que se habla con él, proporcionó al inventor la honra de hacerlo ver á los reyes nuestros señores al día siguiente, y en presencia de SS. MM. el mismo señor Príncipe hizo manifestar al telégrafo las palabras que jutgó oportunas, con mucha' satisfaccion de sus reales personas. Pocos dias despues este telégrafo pasó al cuarto del Sermo. Sr. Infante D. Antonio y S. A. se propuso hacer otro más completo y averiguar la fuerza de electricidad que se necesita para hablar con dicho telégrafo á varias distancias, ya sea por tierra ya

por mar; á este fin, ha mandado S. A. construir una máquina eléctrica cuyo disco tiene más de 40 pulgadas de diámetro, con los demás aparatos correspondientes, y con ella ha resuelto emprender S. A. una série de experimentos útiles y curiosos, que le ha propuesto el mismo doctor Salvá, de los que á su tiempo se dará noticia al público.)) No tenemos conocimiento de las noticias ofrecidas, ni tampoco del aparato inventado por Salvá. En aquella época aun no se conocía Ja pila. Once años despues del descubrimiento de Volta, Sremmering, de Munich, empleó la descomposicion del agua para hacer señales, valiéndose de 36 hilos metálicos aislados tendidos entre las dos estaciones. Unas agujas de oro soldadas al extremo de cada uno de ellos se sumergían en un_a caja llena de agua acidulada. Uno de los hilos estaba en comunicacion, por su extremo opuesto, con el polo positivo de una pila, y otro hilo con el polo negativo. La aguja de oro del primero iba desprendiendo una nube muy ténue de burbujas de oxígeno, y la aguja del segundo una nube más abundante de burbujas de hidrógeno, de modo que señalaba dos hilos, y por consiguiente, dos signos á la vez. Ya en este sistema el aislamiento de los hilos era muy fácil, con lo cual se vencia•una dificultad in superable con la electricidad estática, con relacion á las grandes distancias. En el aparato Sremmering, perfeccionado despues por Schweger, se observaba un avisador: el gas hidrógeno que se desprendia en uno de los hilos, pasaba á una campana suspendida de una palanca horizontal en equilibrio, en cuyo brazo opuesto había un anillo. El gas hacia subir la campana y resbalando el anillo por el brazo opuesto, caia en un recipiente de metal, produciendo ruido para llamar la atencion. A raiz del descubrimiento de CErsted, en 1820, Ampere indicó el partido que podia sacarse de él para hacer señales; sin embargo, al cabo de trece años fué cuando Schilling aplicó esta idea, en pequeña escala, en San Petersburgo. Introdujo cinco hilos de platinó en un cable de seda, que comunicaban por un extremo con un multiplicador y el otro extremo terminaba en unos topes dispuestos

TELEGRAFIA ' ELÉCTRICA

como los qartillos de un piano. Hizo pasar una corriente por uno de estos hilos, bajando un martillo ·para ello. Segun el sentido de la corriente la aguja se desviaba hácia uno ú otro lado, lo cual constituía, con las cinco agujas, diez señales distintas. Ritchie y Alexander construyeron, en 1837, en Edimburgo, un aparato semejante al anterior. Constaba de 30 hilos y 30 agujas que constituían otras tantas sefiales. Gauss y Weber emplearon igualmente esta clase de aparato para poner en comunicacion el gabinete de física y el observatorio de Goettingue. Algunos años des pues, la facilidad de poner los hilos telegráficos á cubierto de una mala intencion, detrás de las cerc:;i.s de los ferrocarriles, que principiaban ya á extenderse con gran rapidez, hizo que desapareciese una de las mayores preocupaciones de los inventores. Ya desde entonces salió la telegrafía eléctrica del pequefio círculo en que se movia, es decir, ya no fueron simples ensayos los que se practicaban, y principió á desarrollarse en grande escala. En 1837 fué cuando Wheatstone en Inglaterra, y Stenheil en Alemania, construyeron los primeros telégrafos que han funcionado regularmente á grandes distancias. - EL telégrafo de Wheatstone estaba instalado . á Lo largo del ferrocarril de Lóndres á Birmingham, en una extension de una milla y media. Se componía de cinco multiplicadores, de los cúales uno de ellos podía hacer oscilar las agujas de dos en dos, y de seis hilos de comunicacion, uno de los cuales se destina al retorno de las corrientes. ·En este aparato babia un avisador de repique movido por un electro-iman que, atrayendo una pieza de hierro, soltaba un movimiento de relojería que producía el golpeteo repetido de un martillo sobre un timbre. Ya se encuentra aquí la ·primera aplicacion del electro-iman á la tele-· grafía, aplicacion de que se ha sacado de'spues 'tan gran partido. Con el aparato de Stenheil bastan dos hilos para formar un gra!J, número de signos diferentes. Dos imanes que se mueven en un mismo multiplicador, están desviados en sentido contrario por el paso de una corriente, y s~ñalan uno ú otro, por medio de un lapiz, punFÍSICA lND.

tos más ó menos separados en el contorr.o de una rueda que gira uniformemente. Además, la corriente se producia por medio de un aparato de induccion magnético-eléctrica. Desde luego, á Stenheil se debe el haber producido un gran número de signos con dos hilos so• lamente; el haber realizado el primer telégra,fo escritor; y por último el haber empleado corrie.ntes magneto-eléctricas, lo que, por otra parte, ya habiari indicado Gauss y Weber. En esta misma época, Morse indicó el principio del telégrafo registrador, que ya describiremos despues. Este inventor disputa á Wheatstone la prioridad relativamente al empleo del electro-iman, y á Stenheil la de la invencion del primer telégrafo escritor. En 1838 se resolvió otro progreso, el emplear un solo hilo. Las ventajas que esto proporciona, la rapidez de la transmision, la fa-· cilidad de operar durante la noche, durante la lluvia, durante la niebla, la posibilidad de atravesar grandes distancias, los mares, sin estaciones intermedias, y sin necesidad de . buscar los sitios elevados, hacen de este invento una de las maravillas más sorprendentes. Pasemos ahora á describir los sistemas más importantes, de esta parte de la electricidad, princip:tlmente los que se han adoptado en varios países ó que presentan sus disposiciones más originales. Para la mayor comprension, los clasificaremos en cinco grupos principales: 1. º

3. º 4. º 5. º

Telégrafos de agujas. de cuadrante. escritores ó re[fi'stradores. autográficos. impresores.

En todos ellos se distinguen cuatro partes principales: L.a comunicacion entre las estaciones 1. ª formada en parte por hilos metálicos aislados, y en parte por la tierra. 2. ª El manipulador ó transmisor por memedio del cual se lanza la electricidad por los hilos de comunicacion, para producir las señales en la estacion opuesta. 3. ª El receptor colocado en esta estacion, sobre el cual se manifiestan los signos. 4.ª El aparato que produce la electricid'ad, r. n.-86

682

FÍSICA INDUSTRIAL

de suerte que las clavijas c, c' pueden consi• derarse como los polos de esta última. Dos resortes r, r', podrán estar oprimidos por una de estas clavijas, y otros dos resortes l, l', en donde terminan los · extremos del hilo de línea t, F, podrán estar tambien oprimidos por la otra, y ponerse ambos en comunicadon por medio de una pieza de cobre o o'. Por último, los resortes l, r y l', r' están unidos de dos en dos por una placa metálica. Conocido esto, si se inclina la manecilla M hacia la izquierda, como representa la figura, las clavijas c, c' oprimen los resortos l' y r separándose así el primero de la pieza o'; entonces, la corriente de la pila pasa por el resorte s' y la clavija c al resorte l', al hilo F despues, circula por el receptor B A de la esTelégrafos de agujas. tacion en donde se opera, recorre el lulo de línea t, circula alrededor del receptor de la Uno de los sistemas más antiguos de telégrafo es el aparato de dos agujas de Wheats- estacion opuesta, y pasa á su manipulador. tone y Cook.e, conocido generalmente con el Este último se encuentra en reposq con la manecilla vertical, de modo que apoyando nombre de telégrafo inglés. los resortes semejantes ·á l, l' en o, o', la corTELEGRAFO INGLES._.:._Receptor.-El receptor se compone de dos multiplicadores verticales riente pasa directamente de uno á otro. Esta que obran cada uno sobre una aguja indicado- corriente se dirige luego á la tierra, y ·v uelve ra. En B, A (fig. 476), se ve uno de estos mul- á la pila que se ·e ncuentra en el punto <le partiplicadores, que lleva un sistema de agujas tida por el hilo de tierra t, por el resorte r, compensadas E, E', equilibrado de modo que la clavija c, y el resorte s. Si se inclina la manecilla M hácia la derese coloque verticalmente por sí mismo. La . cha; la corriente circulará en sentido contra(fig. 477) representa el conjunto del aparato; rio. En m, m' (fig. 477) se ven las dos.manee, e' son las agujas exteriores. Los signos se producen lanzando la corriente en un sencillas que corresponden á las dos agujas. Observemos que, al pasar Ja corriente por tido ó en otro durante un tiempo muy corto, el receptor de la estacion, el operador ve en de modo que choquen las agujas á derecha ó á izquierda ·con unos paros ó topes o, o, o,' o'. las agujas los efectos que se producen en la Dando á las aguias 1, .2 ó 3 movimientos, ya estacion opuesta, y así puede reconocer si la á la derecha 6 ya á la izquierda se obtienen corriente pasa bien y corregir los errores que primeramente unos 15 signos. Combinando pueda cometer. Cuando se espere una resestos signos de dos en dos, se forman mu- puesta se coloca la manecilla M verticalmenchos más, _p ero solo se utilizan, por ser más te, que así el circuito está cerrado en o o', y fácil de retener, aquellos en que las a_gujas se las corrien'tes llegan de la estacion opuesta pasando por el receptor A B. mueven paralelamente. El índice a (fig. 477) corresponde á un inManipulador.-Para que pase la corriente terruptor llamado aparato st'lencioso, debido en un sentido ó en otro, se emplea el conmutadór o o' M (fig. 476). Un cilindro de marfil á Walker, que permite poner en comunica.! a, movido por medio de la palanca ó mane- cion las dos estaciones de derecha é izquierda, cilla M, lleva dos clavijas de cobre c, c', pa- con lo cual el aparato se encontrará fuera del ralelas á ella, é implantadas en unas virolas circuí to. El telégrafo de dos agujas exige dos hilos de cobre que rematan los extremos del cilind_ e comunicacion; uno de ellos es el que perdro de. marfil. Estas virolas comunican por resortes s, s' con los reóforos p y n de la pila, mite la correspondencia más rápida, puesto

que generalmente es una pila'Daniell de gran duracion. En Inglaterra se emplean particularmente unas cajas divididas por placas de pizarra, formando compartimientos que se llenan de arena mojada con agua debidamente acidulada. En estos compartimientos se sumergen unas placas de cobre y de zinc dispuestas como las de las pilas de ~orona. Tambien se ha sustituido la pila con generadores magneto-eléctricos. Nos ocuparemos en pri~er lugar de los varios sistemas de receptores y de manipuladores, para tratar despues de lo relativo á la comunicacion entre las estaciones.

TELEGRAFIA ELECTRICA

683

que puede transmitir de 12 á 15 palabras por de nuevo el circuíto cerrado; el electro-iman minuto, y hasta 20 en las circunstancias más atrae otra vez y se repite lo dicho. Este apafavorables. Además, por la sencillez y fácil rato, que está producienélo una porcion de manejo del mecanismo, le basta con una dé- golpes en el timbre en muy poco tiempo, es bil cor:i;iente. Podría emplearse tambien una el que los franceses llaman trembleur. sola aguja y un solo hilo de línea; mas, en Se ha propuesto otro aparato representado es~e caso, los signos no serian ya tan rápidos en la fig. 480: una hoja delgada de acero A, por necesitarse mayor número de pulsaciones. muy flexible, está fija en un extremo, y lleva A v:rsADOR, SONERIA ó ALARMA.-Entre los en el otro una esferilla metálica B que sirve aparatos particulares que acompañan á los te- de martillo entre dos timbres C. Tiene tamlégrafos, es uno el de alarma ó soneria que bien una pieza de hierro D colocada encima de sirve para hacer sonar una campanilla y ad- un electro-iman E. Cuando entra la corriente vertir al encargado que se va á transmitir un en este electro-iman, la pieza Des atraida y el despacho, parteó telégrama. Sin este aparato martillo B pega en el timbre de abajo, pero seria necesario que en cada estacion se estu- despues que cesa la corriente la flexibilidad viera mirando siempre al receptor para ver de A produce oscilaciones en B, que la hacen cuando habría transmision de signos. chocar varias veces en los dos timbres y se Son varios los aparatos· inventados, pero forma un repique. indicaremos los principales. El más sencillo Los aparatos empleados generalmente, esconsiste en una caja (fig. 478) que contiene tán dispuestos de manera que se produzca reun electro-iman A, y frente de él una pieza pique bastante fuerte cuando entra _la cor- de hierro B, que sirve de ma.p.go al martillo e;: riente; de esta especie es el aparato (fig. 481), ,, unido en D á un soporte que le permite mo- que consiste en una palanca A que engancha verse con facilidad; delante del martillo está en el diente B de un piñon ó rueda C, que el timbre E. Supongamos que entra la cor- está unida á un mecanismo de reloj, no indiriente al electro-iman por un extremo de su cado en la figura, el cual la hace girar cuando alambre saliendo p.or el otro; en tal c~o, el no está enganchada. Esta rueda C, hace moiman atrae la pieza B y el martillo pega un ver por medio de un piñon D otra rueda que golpe en e.l timbre; interrumpida la corriente tampoco se ha figurado, y á cuyo eje está vuelve éste á su posicion por la fuerza de un unida la E dentada y enganchando el ánresorte colocado de cualquier modo para este cora H, fija al extremo de una palanca susefecto, generalmente en el pié, pero que su- pendida en P, que tiene en el otro extremo el ponemos en H para que sea visible, y cuando doble martillo R colocado dentro del timde nuevo se cierra el circuíto dará otro golpe. bre S. Delante de la palanca A hay un elecPuede disponerse el aparato anterior de tro-iman L. Supongamos que la corriente enotra manera para que produzca un repique tra en este electro-iman; la palanca A, que mientras está entrando la corriente (fig. 479). será atraída por él, suelta el diente B, y la La palanca A, que lleva el martillo, está sos- rueda C gira haciendo girar tambien á la que tenida por un muelle B que la mantiene se- está unida á la E, y por tanto á esta misma parada del electro-iman, y tocando á la pieza que, enganchando sus dientes en el áncora H, · metálica D unida á un alambre de la línea. produce en el martillo un movimiento á la Un extremo del alambre que forma el elec- derecha que le hace dar en el timbre, y, al tro-iman está unido á la línea, y el otro á la soltarlos, la oscilacion de R hace que pegue palanca A del martillo; entrando la corriente tambien á la izquierda, produciendo un repipor D, pasa por A y By sale por E; en este que mientras el electro-iman no deje la pacaso, el electro-iman atrae la palanca A, y el lanca A y el diente B de la rueda C venga á martillo pega un golpe en el timbre; pero al engancharse de nuevo en ella. Otro aparato, dispuesto de distinto modo mismo tiempo deja de haber contacto entre A y D y se rompe el circuíto, de modo que el y que se ha usado mucho, es el de la fig. 482. electro-iman no atrae la palanca A; entonces Consiste en una placa A que puede ser atraída el muelle D la hace volverá tocará D y está en su parte inferior por el electro-iman B; 11

FÍSICA INDUSTRIAL

en la superior sostiene á otra palanca C que se mueve sobre el punto H, la cual tiene doblado uno de sus extremos y engancha en un diente de la rueda D, impidiéndole girará impulso de un mecanismo de relojería que se ha omitido en la figura; al otro extremo de esta palanca C se apoya en el de la A; al eje de la rueda D va unida, por el intermedio de otras ruedas que dan la velocidad necesaria, una pa_lanca E, que lleva en sus dos extremos dos piezas de hierro colgadas y que pueden moverse fácilmente al rededor de su punto de apoyo; supongamos que entra la corriente en el electro-iman; la palanca A será atraida por su extremo inferior y, desviándose el superior, deja libre el de la palanca C, que cae y toma la posicion indicada en C', de modo que deja de enganchar á la rueda O, la cual no teniendo obstáculo, gira en la direccion que marca la flecha, haciendo girar tambien con mucha velocidad á lapalanca E, y las piezas F pegan sobre un timbre inmediato, pues la fuerza centrífuga tiende á alejarlos del centro de rotacion. La rueda D tiene una ó más piezas salientes S, que al girar enganchan en otra pieza R. de la palanca C, y éstas hacen que la misma rueda D, en su movimiento, haga volver la palanca C á su primera posicion; si en este caso la corriente pasa todavía por el electro-iman, abandonada la palanca por la pieza S, caerá de nuevo, y el repique continuará; pero si ha dejado de pasar, estará la palanca A en posicion de sostener á la C, que engancha de nuevo á la rueda D y cesa en su movimiento, dejando por tanto de tocar la campanilla. La figura 483 representa este aparato completo, y en ella iguales letras indican las mismas piezas que en la anterior: el electroiman B atrae á la palanca A, que deja libre á la C. Esta figura tiene una pequeña variacion en el modo de desenganchar la rueda D: una pieza T unida á la palanca C se mueve con ella, y sujeta entre dos espigas salientes la cabeza de la palanca V, que está fija en P; esta palanca tiene un diente en H, que engancha en otro de la palanca E; cuando cae la C hace caer tambien á la pieza T, que mueve la palanca V hácia la izquierda, y en tal caso abandona el diente H al de la palanca E, de modo que, como no hay otro obstáculo al

movimiento, gira E y hace sonar el timbre; después la rueda Den su movimiento engancha á R y eleva la palanca C, que se sostiene sobre A si no pasa la corriente, pues ésta habrá vuelto á su posicion por la fuerza del resorte J; en este caso, la pieza T, por medio de la C, toma su posicion primera, y lapalanca V se mueve hácia la derecha, volviendo á enganchar la palanca E de los martillos, cesando por tanto el movimiento; una pieza unida á la palanca C ~irve de contrapeso para bacér caer á ésta. La corriente entra por L al electro-iman B y sale por L', pero en este aparato se han figurado dos conductores, uno M unido á L, que va á parar al eje del boton metálico X, y otro O unido á L' , que toca más atrás al mismo boton X. En la posicion de la figura, la corriente que entra por L pasa por M Y. O y sale por L' sin llegar al electro-iman; pero si se hace girar el boton X, apoya el .conducte>r O en una pieza I aisladora de este boton, y se interrumpe el circuíto de los conductores, en cuyo caso la corriente entra en el electro-iman y produce el repique. Si se une este aparato á los manipuladores de cuadrante ó de Morse, son inútiles los conductores M y O, porque hay medio en ellos 9-e quitar del circuíto la alarma; pero si se une al aparato inglés, son indispensables para hacer que la alarma se encuentre ó no en el circuito por medio del boton X. Suele añadirse á alguno de estos aparatos un pequeño disco en que se escribe Respóndase; un resorte que sale de su centro tiende á ponerle de modo que el letrero esté en la parte más alta, y una palanca que sujeta un diente del mismo disco, hace colocar el letrero de modo que no se vea por una abertura de la caja del aparato; esta palanca se encuentra unida á la A, y así, cuando ha de sonar la campanilla y es atraída A desengancha el diente del disco, y el resorte le hace dar un cuarto de vuelta para que se presente el letrero en la abertura; despues se vuelve á ocultar, moviendo el disco por medio de un boton exterior. La fig. 484 representa el sistema de alarma de Meirand, muy empleado tambien en los timbres eléctricos de habitacion. Consiste en un temblon de forma especial; la corriente de

TELEGRAFIA ELECTRICA

685

hace que el áncora enganche por el otro lado al diente R, y ·deslizándose por él, gira la rueda hasta que el ánc.o ra tropieza con el diente inmediato T. Si entra de nuevo la corriente, es atraída la plancha H, vuelve á enganchar el áncora otro diente, y la rueda gira una cantidad igual al espacio entre dos dientes, y si otra vez se rompe el circuíto, gira la rueda una nueva cantidad igual á las anteriores. Supongamos ahora que el aparato colocado dentro de una caja (fig. 486), tiene en el eje E, que es el P de la figura anterior, unido á la rueda A, que supondremos de ocho dientes, una aguja fija y que por tanto gira con la rueda; como ésta en una vuelta entera habrá re.., corrido los ocho dientes, la aguja habrá tomado ocho posiciones diferentes, correspondiendo una á cada movimiento de la rueda; pero estas posiciones se confundirán unas con otras cuando sean opuestas, y para distinguirlas cada mitad de la aguja está pintada de distinto color; así se forman ocho señales diferentes; colocando dos aparatos dentro de la misma caja se tendrán dos agujas E y F, y combina. das con ocho posiciones, con respecto á la línea F E marcada _e n la caja, darán 64 comTelégrafos de cuadrante. binaciones, que serán otros tantos signos disEn 1840, Wheatstone construyó un telé- tintos. Este es el primer aparato telegráfico grafo, que, por medio de un solo hilo de co- que ha usado el gobierno de Francia, modifimunicacion, permitia señalar en un cuadran- cado después con la adicion de un movimiente los signos que estaban grabados en él. Este to de relojería para hacer girar á la rueda A aparato recibió despues un sinnúmero de mo- (fig. 485), y en tal caso el áncora sirve para dificaciones. El sistema más empleado en detener el movimiento, pues cuando el iman atrae á H, el áncora suelta el diente en la, Francia es el de Breguet. TELEGRAFO BREGUET.-Receptor.-Supon- parte R y la rue_d a gira hasta que se engancha gamos un rueda dentada A (fig. 485) y una el O, y cuando el iman pierde su atraccioQ, áncora B en el extremo de lapalanca C, fija el áncora suelta el diente O y la rueda gira en el punto D; esta palanca tiene en su parte hasta que. se engancha · en el áncora con el inferior una plancha de hierro H, en frente de diente T. Este aparato es más complicado, y dos q1rretes que forman un electro-iman L; · no funciona por eso mejor que cuando los un resorte S tira de la palanca C por la pa.rte dientes de la rueda están dispuestos, como al opuesta del electro-iman. Supongamos que principio hemos dicho, pará que los del áncora se hace entrar la corriente por el alambre M la hagan girar. En España no se ha usado este sistema (figude este electro-iman, que deberá formar parte ra 486). La parte blanca de las agujas no se del circuíto; en tal caso saldrá la corriente marca en los signos; cuando se indica la posi.: por N y se forma en L un iman que atrae la plancha H, y el áncora B, deslizándose sobre cion de una sola aguja, se supone que la otra un diente O de la rueda A, la hace girar hasta tiene su parte negra encima de la línea trazada 1 que tropieza en el diente inmediato; si en se- entre las dos. El signo marcado F quiere deguida cesa la corriente, el iman pierde su ac- cir final, el Rº es rect'bido, y el E•·error ó .no cion, y el resorte S, tirando de la palanca C, entendt'do.

la línea pasa _por los botones n, n' y por el electro e, recorriendo la parte a r del mango de hierro del martillo m, que es atraido. La corriente se interrumpe entonces en r, retrocede el martillo por la accion del resorte a á que está fijo, y se cierra el circuíto en r; es atraido nuevamente el martillo y así siguiendo. Con estos movimientos rápidos el martillo golpea repetidamente el timbre T. TELÉGRAFO ELÉCTRO-MAGNÉTIC0 DE AGUJAS. -En vez de producir con una pila las corrientes destinadas á hacer oscilar las agujas, se ha empleado tambien una máquina de in-: duccion magneto-eléctrica, que entonces sustituye al manipulador. Ya, como en el telégrafo Henley, un electro-iman da un cuarto de vu~lta frente los polos de un iman, para aproximarse á él y recibir una corriente inducida inversa, ó para alejarse y recibirla directa, ó bien se aleja ó aproxima directamente este electro-iman á los polos del iman por medio de una palanca, y la aguja del receptor se pone en movimiento por un electro• iman, por el cual circulan las corrientes inducidas instantáneas.

686

FÍSICA INDUSTRIAL

La fig. 487 representa una perspectiva de este receptor, y la fig. 488 un detalle del mismo. Si en lugar de ser ocho las posiciones que marca la aguja son 28, para lo cual no hay más que dar 28 dientes á la rueda, y s0 pone sobre la caja un disco A (fig, 489) sobre el que se encuentren e~critas las letras del alfabeto y algun otro signo que pueda ser necesario, la aguja B en sus 28 posiciones, marcará las diferentes letras y signos, y la comunicacion se hará marcando las de cada palabra que se quiera transmitir. Del mismo modo se podrá hacer uniendo al eje de la rueda que gira, en lugar de una aguja, un disco de cartulina que esté dentro de la caja, á la cual en este caso se la hace una abertura en donde se van presentando las diferentes letras en las varias posiciones que tóma el disco (fig. 490). En todos estos receptores hay un botan en la parte superior que, comprimido, mueve una palanca dispuesta de diferentes maneras, que une la pieza E al electro-iman, produciéndose en tal caso el mismo efecto que cuando entra la corriente. Este botan sirve para que el receptor, al empezar la comunicacion, marque el primer signo, y vaya de acuerdo cqn el manipulador de la otra estacion., pues si no estuviera así dispuesto seria imposible en.tenderse. El signo que deben marcar los receptores de letras cuando empieza la comunicacion es una cruz colocada antes de la primera letra, y este signo marca tambien el final de cada palabra. En las primeras casillas de las letras se ponen tambien los diez número(de r á o, y cuando hay que marcar cantidades, se hace primero una señal convenida, por ejemplo, se señala dos veces la cruz, y ya se sabe que ha de leerse número y no letra. La fig. 491 representa completo el aparato que acabamos de describir. En su posicion natural, el áncora B engancha el diente V en la rueda dentada A; la corriente entra por M al electro-iman L saliendo por N; y en tal caso atrae la pieza H que, por medio de la varilla X, mueve el áncora By hace enganchar con su diente Z uno de la rueda A, sobre el que resbala, y hace que la rueda gire el espacio de este diente, moviéndose la espiga en P, que marca una letra en el cuadrante pintado debajo de ella; cuando deja de pasar la corriente,

el electro-iman no atrae á H que, cediendo á la fuerza del resorte S, vuelve á toµiar su primera posicion, y el diente V engancha otro de la rueda A, deslizándose sobre él y haciéndola girar otro espacio, -con lo que la aguja en P marcará la letra inmediata. De este modo, cada vez que se abre ó cierra el circuíto, la aguja marca una letra distinta . Cuando hay que mover la aguja para ponerla de modo que marche acorde con el manipulador, se comprime el botan E, que hace bajar la pieza F y ésta mueve la varilla G, que tira de I por el intermedio de otra varilla; pero la I tira del extremo de la J, la cual comprime la C y se produce el mismo efecto que cuando entra la corriente, y el electro-iman atrae á H, marcando por tanto la aguja una letra distinta. Cuando se deja de comprimir E vuelve C á su posic10n, y la aguja marca otra letra; así se la pone marcando el punto que se quiera que seña]e. Todo el aparato se encuentra cerrado en una caja. La fig. 492 representa el último modelo perfeccionado de este receptor Breguet. Está visto • por detrás. La placa B A constituye el frente del aparato, r res una rueda que tiende constantemente á girar bajo la influencia de un movimiento de relojería, no representado en la figura. El árbol de esta rueda lleva, del lado opuesto de ]a placa A B, una aguja e destinada á indicar sucesivarpen.te los signos trazados en el cuadrante vertical q q. Los dientes de la rueda r r son oblícuos, y está retenida por una paleta IX fija en el árbol o o'. Otra paleta~ está fija en el mismo eje, á una distancia de la primera igual á la mitad del 'intervalo de dos diente$, y en un plano distinto pero que pasa por el eje; de suerte que, si se hace avanzar la paleta ~ hácia ]a rueda r r, la paleta 11. abandona el diente que retiene, se pone en movimiento la r_ueda, y se para de nuevo al cabo de un instante por la paleta ~' en la cual apoya el diente que sigue, y la rueda se mueve de la mitad del ancho de un diente. Cuando las paletas vuelven atrás, se verifica otro nuevo movimiento de la rueda, parándola otra vez la paleta IX. Como el número de dientes es igual á la mitad del número de signos, á cada movimiento de vaiven de las paletas, la rueda avanza de un diente, y la aguja pasa por dos signos.

TELEGRAFIA ELECTRICA

Los movimientos de vaivén de las paletas son producidos por los del contacto C de un electro-iman E. Este contacto oscila alrededor del eje e e, y lleva una palanca l que obra en la horquilla/ y hace oscilarlas paletas ex,~ alrededor del eje o o'. Si de la estacion opuesta se lanza una corriente al electro, por el hilo de línea F, corriente que vuelve luego á _la pila por el hilo T que comunica con el suelo, el contacto C es atraído, la paleta ~ suelta el diente que retenia, la paleta ex para inmediatamente el dieI1te que sigue con la cual choca, y la aguja E pasa de un signo al siguiente. Al suprimir la corriente, el contacto se separa obedeciendo al resorte s, y la aguja marcha tambien de un signo. Para que el aparato funcione con regularidad y puedan,sucederse los signos rápidamente, es preciso que la masa del contacto, la amplitud de sus oscilaciones y la fuerza del movimiento de relojería sean bien relativas. Se requiere tambien que el resorte s tenga una tension relacionada con la potencia del elec tro-iman, la cual cambia con las pérdidas de electricidad producida por los cambios atmosféricos. Un reómetro dará á conocer la intensidad de la corriente; se añaden ó se suprimen algunos pares á la pila, y se modifica la tension del resorte s haciendo girar el boton b; el hilo a p, que pasa por el anillo a, se arrolla al cilindro p y tiende más ó menos este resorte. Manipulador.-En los receptores que hemos explicado antes se ha visto que para producir un signo diferente es necesario cerrar el circuito cuando está abierto y abrirle cuando está cerrado; por lo tanto, el manipulador debe. estar dispuesto de modo que forme parte de este circuíto y le pueda fácilmente romper ó cerrar tantas veces como sea necesario. Veamos como llena estas condiciones el manipulador empleado en los telégrafos de aguja (figura 485). Se compone este manipulador (fig. 493) de un soporte ó pié A Be; D, que tiene delante un disco A con ocho hendiduras S á igual distancia en su circunferencia; en el centro de este disco está sujeto un manubrio F con un pequeño saliente, que se 'hace entrar en.las diferentes hendiduras S, para lo cual está dispuesto el boton P, de modo que se pueda al-

zar el manubrio; éste, al tiempo de girar, hace que gire tambien un eje R que atraviesa el soporte, y termina en un disco E cuadrado, con una canal H L N cerca de su borde; en esta canal entre el extremo de una palanca doblemente encorvada H C T, que atraviesa el soporte en C, donde puede moverse, y termina entre dos piezas que están unidas al pié del soporte; una de ellas, la M, es metálica, pero está aislada del pié; á esta pieza está unido el alambre del circuíto, y á la O, que forma parte del aparato, que es metálico, está unido tambien el alambre, de modo que haciendo que M comunique con O está cerrado el circuíto, y si no comunica, está roto. Suponiendo el aparato como le representa la figura, la corriente entra en él por O, y por la palanca C T metálica, que toca á M, pasa á la línea y está cerrado el circuíto, de modo que la aguja del receptor marca la señal correspondiente. Hagamos mover el manubrio á la primera hendidura de la derecha, y en tal caso, como el eje R ha girado, el disco E habrá dado, como el A, un octavo de vuelta, y por lo tanto, el extremo de la palanca está en el punto L, que ha pasado á donde estaba H; y como la ~istancia de L"al centro es mayor que la de H al mismo centro, la palanca H C T se ha movido á la derecha por T y á la izquierda por H, de modo que no tocará á la pieza M, y el circuito está abierto, mar- . cando el receptor la señal correspondiente, que será una posicion igual á la del manubrio. Hagamos que éste llegue .á la hendidura siguiente, que será tomar la posicion horizontal, y en tal caso el extremo de la palanca se encontrará en V, que habrá pasado á H, y este extremo se habrá acercado•al centro, por cuya razon T se habrá movido á la izquierda y tocará la pieza M, cerrando el circuíto, y la corriente hará marcar al re.:eptor la señal correspondiente, que será ponerse horizontal. De este modo continuará abriéndose y cerrándose el circuíto, y la aguja marcará todas las posi~iones que puede marcar; pero como es necesario que se distinga de Las demás la que se ha de leer, se hará una pausa en ella ~on el manipulador. Si el ·aparato es doble, ó corno hemos dicho antes, de dos agujas, necesitará otro manipulador igual, que se moverá con la mano izquierda, y hará pro-

688

FÍSICA INDUSTRIAL

<lucir los signos convenidos para la segunda aguja del receptor. · Manipulador de cuadrante.-E ste manipulador (fig. 494) consiste en un disco metálico, en el cual están grabados los mismos signos que en el receptor; está fijo por tres columnitas en una tabla horizontal. Una manecilla m, adaptada con• visagra á un árbol mósituado en el centro, puede levantarse y recorrer sucesivament e las varias letras, parándose en ellas por un .saliente que se introduce en las muescas del disco. Consumovimiento arrastra el árbol central, al que está fija una rueda metálica r r, en cuyo espesor tiene practicada una ranura que afecta sinuosidades regular~s, cuyas partes con,v exas son en número igual á la mitad del de los signos. El disco está representado rasgado para que se vea una parte de la ranura que acabamos de expresar, en la cual se introduce una clavija adaptada al extremo de una palanca metálica L, que recibe un movimiento de oscilacion alrededor del punto o, al girar la rueda rr sobre sí misma. Al propio tiempo, el extremo de esta palanca toca alternativamente unos paros ge resorte a, a, de los cuales el primero comunica en P con uno de los polos de la pila, y el otro, por el borne R, con el hilo del receptor de la estacion, hilo cuyo otro extremo está en comunicacion con el suelo. Cuando se hace girar la rueda, si se hacen recorrer al manubrlo m diez signos, por ejemplo, la palanca_L toca cinco veces el paro a' y se separa otras cinco veces de él, de modo que se lanza la corriente cinco veces por el hilo de línea/, y se interrumpe otras cinco veces. El contacto C (fig. 492) del receptor de la estacion opuesta, hace pues cinco oscilaciones completas, deja pa5ar cinco dientes de la rueda r r, y, por consiguiente hace saltar diez signos, á la aguja e. Si, pues, esta ·aguja y el manubrio están situados, al principiar, en el mismo signo, concordarán tambien al señalar la manecilla otro nuevo signo. Sin embargo, esta concordancia es susceptible de romperse, por ejemplo, si se va muy aprisa y no tiene el contacto el tiempo suficiente de separarse entre dos excitaciones sucesivas del electro-iman. Este accidente se nota muy pronto, por cuanto las letras no

vil

forman ya palabras conocidas; en este caso se advierte al que manipula, y mientras éste se hace lo mislleva l!i manecilla al signo mo con la aguja del receptor, haciendo oscilar directamente el contacto C (fig. 492) por me· d10 de la palanca n. En la fig. 49\ se ven varias piezas cuyo empteo vamos á indicar. /, / son los hilos de línea de las dos estaciones opuestas, situadas á derecha é izquierda de la que se considera. Cada uno de estos hilos va á parar al eje de un conyuntor L, l', susceptible de transportarle sucesivament e á unos pequeños disco~ de cobre llamados gotas de sebos, T, e, e; s', T', e', e'. Los primeros s, s' comunican con el avisador; e, e' con la rueda r r y la la palanca L; T, T' con el suelo por el boton t. Vueltos los conyuntores hácia s y s', y situada la manecilla 1il'l en el final+, el hilo de línea comunica con la alarma, y la palanca L apoya en el paro a; así el aparato se encuentra en reposo. Si se lanza una corriente de la estacion opuesta, se pone en movimiento la alarma; ad vertido así el encargado, hace girar el conyuntor sobre e y e' y responde que está pronto. Entonces las corrientes que vienen de la estacion de la derecha pasan de / á e', de allí á la rueda ,- r, á la palanca L, al paro a, y al receptor que comunica con R, haciendo mover su aguja; por último van á parar al suelo. Para responder, basta hacer girar convenientement e la manecilla m. La corriente de la pila q úe llega á P, pasa cuando la palanca L apoya en a', sigue por- esta palanca, por el plato r r y la go.ta de sebo e', por el hilo de línea que termina en/, y hace mover la aguja del receptor de la estacion opuesta, Esta cuya manecilla se ha colocado al final tierra. la corriente vuelve luego á la pila por Durante las tempestades, se colocan los conyuntores en T, T', y el hilo de línea se pone en comunicacion con el suelo. Cuando apoyan en e, e', la corriente de la línea no pasa por el receptor de la estacion, y sigue su camino haciendo mover el receptor ce una estacion más lejana, por comunicar las gotas e, e' con la continuacion del hilo de la línea. APARATO DE DEMOSTRACION.-Al principio se l;,iacia mover la a'g uja i (fig. 495) por medio del electro-iman e, haciendo oscilar un áncora a a, cuyos dientes oprimían el centro de

TELEGRAFIA ELECTRlCA

rotacion por medio de una sencilla máquina de .relojería; en uno de sus extremos está unido á la rueda dentada B, en la cual engancha una palanquita C que está fija ·en D, y unida por su extremo P á una pieza E paralela al eje A; en el otro extremo lleva este eje una rueda H, con tantos dientes como son necesarios para transmitir todos los signos marcados en el aparato; . una pieza R metálica, por la que entra la corriente, toca á esta rueda en los dientes, y deja de tocarla en los intervalos entre ellos, y la corriente que entra por esta pieza, sale por el extremo B opuesto del eje A; encima de este eje A, y apoyando en la pieza E, hay una porcion de teclas como la L, y en cada una está escrita una letra ó un s~gno cualquiera. Supongamos ·que el aparato no funciona; la palanca C, enganchando en la rueda B, impide al eje su movimiento; pero comprimiendo una tecla, la pieza E baja paralelaTELEGRAFO DE TECLADO Y CUADRANTE DE FRoMENr.-A los telégrafos de cuadrante se mente á sí misma, para lo cual está sostenida les tacha la lentitud con que se suceden los en las palancas articuladas N; · en tal caso, signos, puesto que la manecilla debe recorrer baja el punto P, la palanca C suelta á la rúeda una parte tanto mayor de la circunferencia, B; y el eje A gira por el impulso que le cocuanto más apartada esté la letra que se seña- munica el mecanismo de reloj unido á él, la de la que se quiere indicar. Por término haciendo girar tambien _la rueda H, que va medio, se emplea un segundo en cada letra. tocando con sus dientes á la pieza R, cerránAdemás, si el receptor y el manipulador es- dose el circuíto cuando los toca, y abriéndose tán en desacuerdo, el error continua en los cuando· pasa un intervalo; de modo que resulsignos que siguen. Por est:¼s causas son varios tan tantas señales como veces se abre ó cierra los que han intentado simplificar la manipu- el circuíto. Pero el eje A tiene unos dientes T lacion y hacer -más seguros los movimientos, ½alocados á igual distancia y formando espiau~entando al propio tiempo la rapidez de ral, los cuales están enfrente de los de la rueda H; además, las teclas tienen tambien otro las señales. en la parte inferior que corresponde diente El siguiente aparato presenta, en sus varios . aspectos, perféccionamiimtos muy notables. con uno del eje, y as·í, suponiendo la tecla L Por el manipulador es, principalmente, que comprimida, se suelta como hemos dicho la difiere este aparato de los demás telégrafos de rueda B, y gira el eje, pero cuando ha girado el espacio limitado de tiempo, llega el diente cuadrante. El manipulador de teclado, inventado por que corresponde á la tecla comprimida á enFroment, transmite los signos comprimiendo gancharse con el de ésta, y deja de girar; hasta unas teclas iguales á las de un piano, en las que esto su~ede, habrá girado tambien la rueque están escritas las diferentes letras del al- da H, abriendo y cerrando el circuíto las vefabeto, y los signos necesarios para la inteli- ces que es necesario para señalar en el recepgencia de las comunicaciones. El receptor es tor la misma letra que tiene la tecla compriel mismo, de cuadrant~ (fig. 491). En la figu- mida, y por tanto, la aguja de este receptor ra 496 se ve primero el manipulador comple- habrá marcado todas las letras hasta la que se to, y debajo, simplificado el mecanismo y requiere transmitir, y la pausa que en ésta se ducido á la parte puramente precisa para com- haga comprimiendo la tecla el tiempo neceprenderlo. El eje A recibe un movimiento de sario, indicará la letra que debe entenderse.

la parte oblícua de un diente de la rueda, la hadan ·resbalar y avanzar de una cantidad igual á la mitad de su ancho; COII}O se ve aparte, en R', en donde el diente ex, impulsado por el gancho a', pasa á ex'. En s r se encuentra. un manipulador cuyas interrupciones de corriente ·están producid~s las muescas llenas de madera de la rueda r, en cuyo contorno apoya un resortes que comunica con el hilo de línea. Este aparato no puede funcionar más que á corta distancia, puesto que, por debilitarse la corriente con un largo trayecto, ya no puede hacer mover la rueda R. Por este motivo , Wheatstone renunció á hacer obrar el electro-iman como motor, encargándose de ello un movimiento de relojería montado constantemente, con lo cual la mision del electroiman quedaba reducida á suministrar el trabajo necesario para cambiar de posicion un paro . .

por

FÍSICA lND.

11.-87

FÍSICA INDUSTRIAL

Comprimida otra tecla, vuelve á su posicion natural la primera, y suelta el diente del eje que enganchaba; entones gira otra vez este eje basta engancharse como antes en la nueva tecla comprimida, y se transmite otra letra distinta. Cnando no se comprime ninguna tecla, la pieza E impelida por un muelle V, se eleva, y subiendo el 'punto P, hace que lapalanc·a C enganche de nuevo á la rueda B, y el aparato queda en reposo. Como se ve en la figura, todo el mecanismo está cerrado en una caja sobre la que salen las teclas, que están en dos filas sobrepuestas para que ocupe el aparato menos espacio. Las teclas de la parte superior comprimen lo mismo la pieza E, para lo cual pasa por entre las de abajo una parte saliente de ellas; en M está el receptor, y en J el aparato de alarma. Los alambres de la línea se unen á los botones H, y los de la pila á los botones F. Por K se da cuerda al aparato de relojería que pone en mo vimiento al eje A. Conmutadores colocados sobre el manipulador, con los conductores necesarios, hacen llegar la corriente al receptor ó á la alarma, y ponen el aparato para recibir . ó para comunicar señales. TELEGRAFO SlNCRÓNICO O.E SIEMENS y HALSKE. -En los telégratos de cuadrante ordinarios, el que recibe un parte debe aguardar, antes de responder, que el remitente .cese de dar signos. Con el siguiente sistema, los dos que se comunican pueden interrumpirse mútuamente. El receptor y el manipulador de cada estacion se sustituyen con un solo. aparato único que funciona del mismo modo para recibir y para remitir un parte. Este aparato no es más que un temblon de forma 6special, cuya armadura móvil impele á cada oscilacion, por medio de un gatillo, una rueda dentada provista de una aguja indicadora. Una misma pila suministra una corriente continua al circuíto, las armaduras oscilan sincrónicamente en las dos estaciones, y las agujas giran con sacudidas, pasando en los mismos instantes por las mismas letras. Si se pasa una de las agujas sobre una letra, lo cual interrumpe los movimientos de la armadura, y si esto tiene lugar cuando ésta se encuentra en mitad de su trayecto, la corriente se suprime en todo el circuíto, y la aguja de la estacion opuesta se para en la misma

letra, con su armadura separada del eíectroiman. Si la aguja de la primera estacion se abandona á sí misma, las dos agujas se ponen á girar hasta que se para una de ellas en otra letra. Para parar las agujas, hay alrededor del cuadrante unos topes que se bajan_, y paran una palanca situada debajo, paralela á la aguja y que gira con ella. La fig. 497 representa las principales piezas de este aparato. E E son los extremos de los brazos del electro-iman, provistos de piezas polares, entre las cuales oscila alrededor del punto o el doble contacto e e'. Este contacto arrastra en sus movimientos la palanca o L, que empuja el gatillo de resorte r, que acciona en la rueda de gatillo R de la aguja indicadora. El sistema acciona hácia atrás por medio del brazo o l y el resorte s. La palanca o L trasmite sus oséilaciones á una - pieza n n.', .móvil alrededor del punto n', empujando las alas a a' cuando se aproximan á los límites de sus trayectos. Entonces la pieza n n' toca alternativamente unos tornillos que la paran. La corriente de la pila que viene de p, se corre al electro-iman E E, pasa á n', de ésta al paro a cuando la palanca o .L está baja, luego por el . hilo de línea /, llega á la otra ·estacion, atraviesa el segundo aparato y vuelve á la pila por el suelo. Este telégrafo marcha con una gran regularidad y seguridad. TELÉGRAFO MAGNETO-ELECTRICO DE CUADRANTE.-Son muchos los telégrafos de cuadrante que se han ideado. Wheatstone ha construido varios, en los cuales sustituye la pila por una máquina magneto-eléctrica que sirve de manipulador. El primero que ha publicado (fig. 498) es una especie de máquina de Clarke, en la cual el electro-iman E recibe un movimiento de rotacion por medio de una rueda dentada r y un piñon p. Las letras están grabadas en un disco A, á cada una de las cuales corresponde un mango, que se situa y pasa en frente de una guia H. El número de dientes de la rueda r es tal que el electroimán da media vuelta al pasar, frente á la guia, de una letra á la siguiente, y, si los polos del electro-imán estuviesen ya enfrente de los del imán, se formarán dos corrientes consecutivas de igual sentido, que se confunden en una sola. Si se hace dar una vuelta entera al electro-imán, se producen dos cor-

· TELEGRAFIA ELECTRICA

La fig. 499 representa el primitivo modelo rie.ntes inducidas consecutivas de sentido conde receptor, y la fi.g . 500, el de Digney y trario, de modo que pasa dos signos por vuelta . en el receptor de cuadrante, así como tambien Beaudoin. L' L es una palanca que oscila al rededor del eje o, bajo la influencia del elecdel disco A, frente 1~ guia H . tro-iman E y del resorte s, y cuyas oscilacio·m receptor está dispuesto como el de los - demás telégrafos de cuadrante; sólo que la nes están limitadas por las cabezas de los toraguja e·stá sustituida por un di5co de carton nillos v, v. Esta palanca lleva en L' una punen donde están señaladas las letras, ocultadas ta afilada de acero, ó esti'lete, que apoya en por una pantalla taladrada por la parte supe- una cinta de papel n n , arrollada al cilin- · rior que permite verlas pasar y distinguir las dro D, y constantemente arrastrada por dos · cilindros r r , entre los cuales está comprimique se paran en él d~rante un instante. Este aparato sólo puede servir para distanda, como entre los cilindros de .un laminador. cias muy cortas, por falta de energia de las Uno de estos cilindros, r, está movido por un sistema de relojería oculto detrás de la placorrientes inducidas. ca AB, al que se da cuerda con la llave C. Telégrafos registradores. Cuando la palanca sube á L', la punta, por , Los telégrafos registradores ofrecen la in- presion, traza en_el papel una raya más ó meapreciable ventaja de conservar los signos nos larga. Una ranura practicada circulartransmit~dos, lo cual permite corregir los er- mente en el cilindro r, debajo del estilete, farores de lectura y de transcri pcion que pue- cilitá la atraccion del papel. Si la corriente dan cometerse. Además, como los errores son · sólo pasa un instante por el electro imá11:, el aislados, no ejercen influencia en los signos · estilete traza un punto. un poco largo; si la corriente pasa durante mayor tiempo, el estisiguientes. TELEGRAFO MoRSE .-Este sencillo aparato, lete marca un trazo. Por la com binacion de llamado tambien telégrafo escrt'tor ó am eri·ca- puntos y trazos es como se forman los varios no, ha recibido va'rios perfeccionamientos su- _ signos. Hé aquí el alfabeto : cesivos. 1

ALFABETO PARA EL TELEGRAFO DE MORSE

-... - ..

a .... • -

f. .... . . - · .

a .. ... - • -

gh .... .. .. -

b .. ..

J .. .. .

-- ·

••••

o.. .. p .. .

•

- ..

q .. .

k .. .. • - - l .... - • m ... _ _

e .... •

e .... •• - • •

-·-----·

t ..... _

u .. .. . . -

o .. .. - - • - -

•• J .... .

cch.... • - _·· _ .. . _ _

d .. ..

n .. .. ñ ... .

r .. .. s.. ..

ü .. . . · · - -

v ... . . . . x .... _ . • -

--··. •--

•

Y····- • - z .... _ _ • • w ... . _ _

•••

Cl:FRA.S

I .. .. 2 • . ..

··---• -

---

3 .... ••• - 4 .... . . . . -

-· ..

5 .... . . . . . 67 .... .... _ _ _ 11_ __ 8 .... _ _ _ _ _

FUN'TUA.CION'

-Y

SIGN'OS

Punto ..... . . ... . .. . . • • • • • • Coma .. .. . . . . . . . . .. · • - • - • Punto y coma . . . .. . . . . Dos puntos . . . . . . . . . . . - • - •-• Interrogacion ó repetic10n. Adm1rac10n . . . . ... . . ... . · · - - · · Guion . .. . .. .. ... .. . - •• - •• •Apóstrofe. . . . . . . . . . . . -• - • _ __ • i

•

- - - · · ·

9 .. .. o .. ..

----· -----

CON'VEN'CION'A.LES

Linea de division .. ... .. L! am. 6 ind. de despacho .. Urgencia .. .. ... .. . ... Espera . . ... . .. .. . . .. Er r or . .. . . . . . . . . . .. . Final. . .. . . . . . . . . . . . Recepcion 6 ent endido. . . Telégr afo . . . . . . . . . . . .

_...., _ _ _ _ • _ • •• • •• • • •• • _ • • • •-

•

• •••••••••••

·-·-·-· ..-· .···-···

FÍSICA INDUSTRIAL

Ninguna advertencia es necesaria para que la duracion del contacto. Si se supone que la pueda entenderse el anterior alfabeto; se con- cadena sin fin no existe, y que el cuchillo o cibe que entre las letras debe dejarse un es- apoya directamente por debajo la cinta de pacio mayor que entre los signos necesarios papel en una ruedecita situada en n que toma para marcarlas, y que debera. ser mayor toda- la tinta del rodete r, se tendrá el sistema de Digney, generalmente adoptado hoy dia. vía el que se deja para las palabras. TRASLADADO:R.-Stenheil ha añadido al teEl movimiento de relojería sólo se pondrá légrafo de Morse un trasladador por medio en marcha durante .la trasmision de los sigdel cual se trasmite automáticamente un telénos; en ciertos aparatos la primera oscilacion de la palanca L' L mueve una pieza que per- gram.a recibido en una estacion á la siguiente. mite el movimiento del relój; pero general- La palanca L (fig. 500) tiene una prolongamente se prefiere confiar este cuidado al tele- cion T que apoya, á cada oscilacion, en un grafista, el cual da el movimiento empujando botan y cierra el circuíto de la pila principal la espiga l así que siente el ruido que produ- de la estacion, circuíto de que forma parte el ce la palanca oscilante, ruido tan intenso á receptor de la estacion siguiente. Tambien es posibfe dejar pasar el parte por las estaciones veces que permite suprimir la alarma. Con el aparato Morse es fácil escribir de diez intermedias sin que se inscriba en ellas. Para á catorce palabras por minuto y descifrar do- ello se comunica á los telegrafistas de las estaciones intermedias el nombre de la estacion ble número en la cinta de papel. Manlpulador.-Este pequeño aparato (figu- · receptora, y estos hacen girar entonces un ra 50T) consiste en una palanca metálica o m, cony untor· para que la corriente de la pila móvil al rededor del eje o, que comunica con principal vaya á las estaciones siguientes, la el hilo de línea f. E;l borne ó yunque c comu- . pila local que hace mover el receptor está ennica con uno de ~os polos de la pila. Al bajar tonces separada de aquella. PILAS DE REEMPLAZO.-Se sabe que la intenla .palanca el martillo a toca al borne c y se sidad de las corrientes varia en razon inversa cierra el circuíto. Cuando cesa la presion de de la longitud del circuíto que recorren. Adela mano, sube la palanca, debido á la accion del resorte r y se abre el circuíto. Para pro- más, por los postes que sostienen los hilos y ducir en la estacion opuesta puntos ó rayas, ,por el air.e húmedo, se producen derivaciones basta pues, apoyar con la. mano el mango m tanto mayores cuanto más larga sea la línea. durante un tiempo muy corto, ó durante un De estas varias causas resulta que, si 'ras dos tü;mpo · doble ó triple del primero. El torni- estaciones que se cómunican están muy aparllo v sirve para graduar la amplitud de las tadas una de oti-a, _puede ocurrir que la cor; riente no tenga la fuerza suficiente para hacer oscilaciones de la palanca. funcionar las piezas que inscriben el parte, en La lectura de ,la cinta escrita es muy pecuyo caso se recurre á las pilas llamadas de nosa, en . particular á la luz de la lámpara. Morse ha ensayado sucesivamente var_ias cla- reempla1o. Las pilas de reemplazo imaginadas por ses de lapiz, estiletes agujereados llenos de Wheatstone, tienen ·µor objeto lanzar al retinta, pero sin conseguir verdaderos resultaceptor la corriente de una pila local de ·3 ó dos prácticos. Tomas John arma el estilete con una ruedecita cuya parte inferior se sumerje 4 pares, precisamente en el instante en que en la tinta. La fig. 502 representa otra dispo- se lanza por fa línea la corriente de la estasicion debida á Vinay y Gaussin. La cinta de cion opuesta. Existen muchas clases de pilas de reemplapapel p p p resbala por un cilindro o que le zo: la fig. 503 representa uno de estos modeda la forma de codo, por encima del cual pasa los. La corriente de la línea t t excita un una cadena sin fin mojada con tinta grasa por ' medio del rodete r, y está arrastrada por las electro-iman ; éste hace bajar la palanca L poleas n, n. Cuando la palanca L c baja, obe- móvil al rededor del eje o, .y hace que toque deciendo al electro E, apoya por medio del un tornillo v que comunica con uno de los cuchillo c la cadena en el papel, que recibe la polos de la pila local P, de suérte que cierra impresion de un punto ó. de un trazo, segun el circuíto de ésta, cuyo otro polo comunica.,

TELEGRAFIA ELÉCTRICA

por medio del resorte r, con la palanca L. El receptor está situado en R, movido así por la pila local. Siemens ha ideado una pila de reemplazo (figura 504) que marcha bajo la influencia de una fuerza insignificante. E, E' son los polos opuestos -de dos electro-imanes simples recorridos por la corri_ente de la línea. En las dos bases de los ~arrotes están fijas unas piezas de hierro dulce e, e'. El barrote que lleva la pieza e' puede girar, en su bobina, en dos puntas introducidas en el centro de. sus bases, mientras que la pieza e está fija. Cuando la corriente de la línea pasa por los electrodos E, E', la pieza e' es atraída por e, y el -brazo de cobre b toca el paro a que comunica con uno de los polos de la pila local, cuyo otro polo n comunica con el brazo b por medio del resorte s. Cuando la corriente cesa de pasar por E, E', el brazo b choca con un paro aislado a'. El tornillo v' sirve para gra4uar la posicion de una placa que llevan los paros a, a' y el tornillo v pa-ra graduar la tension del resorte s. · En la construccion de las pilas de reemplazo, es muy difícil obtener una atraccion suficientemente rápida de la armadura rr._ó vil y dar al propio tiempo al resorte la escasa fuerza qué se requiere para que ceda al emplear una débil corriente. Hipp ha imaginado sustituir el resorte flojo por dos resortes récios antagonistas, dejándoles una diferencia de fuerza insignificante. La atraccion de la palanca es entonces mucho más rápida. . Tambien Hipp ha modificado el telégrafo de Morse, de tal suerte, que se puede prescindir de la pila de reemplazo y de la pila local ; para ello hac_e que el movimiento de relojería sea el encargado de imprimirá la palanca escrt'tora los movimientos con que traza los puntos y los trazos ó guiones. El electro-imán no hace más entonces que poner esta palanca en relacion con los rodages cuando pasa la corriente de la pila. La palanca se separa inmediatamente así que se interrumpe la corriente. Las pilas de reemplazo se emplean en un gran número de sistemas telegráficos. Con ellas ya no hay límites en las distancias á que pueden obrar las corrientes lanzadas por una misma -pila.

· El telégrafo de Morse, á causa de su sencillez, se ha adoptado en casi todos los paises; mas, fuerza es confesar que el estado de perfeccionamiento en que le vemos hoy dia, se debe á 'los varios inventores que en él han intervenido. En la época en que Morse indicó el principio, no era realizable ; y basta se dudaba de la posibilidad de excitar un electro á gran distancia, por desconocerse aun las leyes de los electro-imanes. En los primeros ensayos, Morse empleaba un ·e lectro cuya qélice estaba formada con el mismo hilo que el de la línea, y sólo obtenía algun resultado dándole dimensiones tales que, por su gran peso, con dificultad le levantaban dos .hombres. Hasta que Wheatstone dió á conocer las ventajas, en particular para las corrientes débiles, de emplear pequeños electros de hilo muy fino que diese un gran número de vueltas, que se vió eran los que poseían el máximo de potencia cuando la potencia de la hélice magnetizante es igual á la de la pila, ó mejor á la del circuíto, b_a sta entonces, repetimos, fué cuando Morse, viendo este resultado, pudo obténer efectos satisfacto.rias y concluyentes. Desde luego puede afirmarse que una gran parte del invento del telégrafo americano se debe á Wbeatstoné. A este telégrafo se le achaca el defecto de ser un poco lento. La necesidad de dejar un intervalo distinto entre dos grupos de trazos ó puntos que representan las letras, hace, corno es natural, que se pierda mucho tiempo. Este es el motivo porque, son muchos los que han estudiado este problema de la economía de tiempo, y se han hecho con este objeto, aparatos con dos estiletes, de manipuladores mecánicos, de transmision automática, y entonces, preparando el aparato con antelacion, se confiaba á otro especial que se encargaba de transmitir el parte como vamos a ver. TRANSMISOR AUTOM ÁTICO.-Morse parece ser el primero que haya empleado la transmision automática, y para ello h a ideado varias disposiciones. Por ejemplo, se recortan . los extremos de unas fajas de cobre, dejando dientes rectangulares mas ó menos largos que representen _trazos y puntos y formen los varios signos; luego, se disponen estas fajas unas á continuacion de· otras en el mismo plano, de modo que formen las palabras del

•

FÍSICA INDUSTRIAL

telégrama, tal como se hace en imprenta. Se hace pasar luego este sistema por debajo de un resorte, 'levantado por las partes salientes, cierra el circuíto, y cae en los taladros cerrándole. Tambien estas fajas de cobre se las enrolla en hélice alrededor de un cilindro que gira debajo del resorte. Bain, en su· telégrafo eléctrko-quím ico, de que luego trataremos, sustituye la palancallave de Morse por el siguiente sistema: Se combina el telégrama taladrando los trazos y puntos en una cinta de papel, por medio d.e una maquinita especial. Se la coloca luego en el transmisor, en donde pasa por un cilindro metálico que comunica con la pila y está movido por un sistema de relojería. U¡1 estilete afilado que comunica con el hilo de línea apoya en el cilindro y está separado de él por el grueso del papel, interceptando así la cor- · riente. Cuando pasa un punto ~ un trazo por debajo del estilete, éste toca_ el cilindro y se cierra momentáneam ente el circuíto. De este modo podia -Bain co_rnunicar hasta 1,500 puntos ó trazos por minuto .. TELEGRAPO RÁPIDO DE WHEATSTONE . - La transmision automática se presta á una rapidez mucho mayor en la sucesion de los signos que la transmision á mano; para largos circuítos·, existe un límite para esta rapidez, á causa del estado variable de las corrientes emitidas, y en particula·r del tiempo necesario á la descarga, tiempo casi doble del que exige su establecimiento. S1 se va muy aprisa, las emisiones sucesivas se mezclan y los resultados que se obtienen son confusos. Wheatstone ha conseguido combinar aparatos que permiten registrar hasta I IO partes por hora, de lo cual daremos una ligera idea. El telégrama se prepara antes en una cinta de papel. En el centro de esta cinta (fig. 505) hay una série de agujeritos equidistantes n n' , que sirven de guia y arrastre regular de la cinta sobre el transmisor. A cada lado de esta série de agujeros hay otros mayores que representan los signos. Dos agujeros en una vertical a, b, corresponden á un punto del sistema de signos Morse, y dos agujeros situados oblicuamente , c, d, corr_e sponden á un trar_o . Una maquinita de tres contactos, que se pulsa en el orden conveniente, sirve para forr9-ar los agujeros para traducir el telé-

grama, lo cual se hace con tanta rapidez que es naturalmente imposible poderlo hacer tan pronto con la pluma. La parte más notable de este aparato Wheatstone es el transmisor. Transmlsor. -Las piezas propiamente dichas de este aparato (fig. 506), están aplicadas á una platina vertical E E, que oculta un movimiento de relojería movido por un peso. La cinta de papel resbala por una plataforma 1t1t' arrastrada por una ruedecita m, y comprimida por un rodillo T. Los dientes de esta ruedecita se introducen en los agujeros de la série m n de la figura 505. El movimiento de relojería hace oscilar con viveza un balancín de ebonita a b (fig. 506), provisto de dos clavijas, de las cuales la a comunica directamente con el hilo de línea, y la otra b con la regla metálica E', que tambien comunica con la línea, interviniendo en ello una caja de reslstenda. En estas clavijas se apoyan dos palancas acodadas A, B, atraídas por los resortes h, 'h', y cuyos brazos horizontales, que no se tocan, hacen oscilar verticalmente las brocas l, l' que atraviesan la plataforma 1t1t ' por unos agujeros que les sirven de guias, mientras unos resortes las mantienen apoyadas en los tornillos de reglage v. Las palancas A, B hacen oscilar en su ceptro un disco de ebonita D, por medio de unas varillas d, d', cuyos extremos atraviesan á' los brazos I, I', de modo que solo las mueven por compresion de los brazos, que permanecen quietos durante el retroceso de las varillas. El galete de resorte o los mantiene en la posicion que han tomado. El disco D lleva· dos clavijas de anillo r, s, situadas en dos sectores de cobre, que tocan alternativame nte durante las oscilaciones las pa_lancas acodadas c, r_. Estas dos palancas son atraídas por los resortes K, K' y se conservan separadas por medio de un tornillo de punta aislada, que no se representa. Pasemos ahora á observar lo que se verifica · durante las oscilaciones <:1-el balancín a b, y supongamos, primeramente , que el receptor está suficientemen te aproximado para que no tengamos que atender al estado variable de las corrientes. Supongamos que presentando la cinta 1. º de papel dos agujer'os rectos m, baje el balan- . , cin hácia la izquierda; la clavija de anillo b

695 así 1a corriente, elpunto se alargará y formará un tra 1o en el receptor. Durante la tercera semi-oscilacion, la clavija a hace bajar la palanca A, cuya varilla d ' al retirarse deja el . brazo I ' en su sitio ; la palanca B no sube, por estar parada la ,broca l' por el papel, . que no está ·agujereado en el borde posterior de la cinta. Los brazos I, I ' no cambian, pues, de posicion, y-la corriente positiva pasa igualmente por la línea á través de la caja de resistencia, por no poder pasar por la. clavija b, que no está en contacto con la palanca B. En es_te caso se p-r ~ducirá tarrÍbien un trazo y no un punto. Por último, durnnte la cuarta semi-oscilacion, la brocal encontrará el agujero anterior que está detrás del otro, 7 se producirá un blanco como en la segunda semi-oscilacion. Se ve, pues, que produciéndose el trazo du. rante tres semi-oscilaciones, 'será tres veces más largo que un punto. Receptor.-Como los signos deben inscribirse rápidamente, es preciso que las piezas móviles ·del registrador sean muy lijeras. Hé aquí el principio del _receptor Wheatstone. Dos paletas de hierro fijas á un árbol de cobre o o' (fig. 507),. de las cuales la superior se ve en /, oscilan entre las piezas polares a, b, de dos electros, y las oscilaciones se transmiten en sentido horizontal, por el brazo u, al árbol c de la davija m , por cuyo anillo pasa una cinta de papel movida por un sistema de relojería. Las paletas de hierro reciben la polaridad magnética .de los polos de un imán de hierro M, en forma de herradura, de brazos ~ horizontales muy separados y rebajados en sus extremos para dejar pasar el árbol o' o. Aquí no existe resorte, y las · oscilaciones en sentido opuesto se producen por la sucesion de corrientes de sentidos alternativos, en el electro. · Compensacion .-En lo que antecede hemos prescindido del estado variable de las emisiones y descargas del hilo de línea. Wheatstone combate este influencia empleando disposiciones muy ingeniosas. Conmutadores especiales, situados en el zócalo del aparato, sirven para invertir la emision y para acelerar la descarga; la interposicion de una caja de resistencia debilita la corriente, siempre que deba durar un poco más para la f~rmacion de

TEU!GRAFIA ELJ!CTRICA

sube, así como tambien la palanca B, y la broca. posterior l' pasa por el agujero del borde posterior de la cinta. Al propio tiempo el brazo I está impelido á la dere~h~, y la clavija r del disco D levanta la palanca c, y s b.ace bajar la palanca{· La corriente positiva pasa, pues, por c' c r E', va á la clavija b, luego pasa por B h' h A á la clavija a y al hilo de línea-: En este instante el polo negativo de la pila comunica con la tierra por ;( 1 s t. La corriente lanzada á la línea principia entonces un punto en el receptor situado en la estacion opuesta. 2. Inclinándose el balancín en sentido contrario, la clavija b hace bajar la palanca B, que devuelve al brazo I su posicion natural, subiendo la palanca A juntamente con la clavija a, hace subir la broca l; como ésta se encuentra un poco á la izquierda de l', encuentra el agujero anterior, por haber marchado el papel la distancia de los agujeros de la· série m n (fig. 505). La palanca A empuja la varilla d' (fig. 506) y la clavija r ejerce acéion en la palanca 1, y s en la palanca c. La corriente positiva va á la tierra por C' C s t, y la línea comunica con el polo negativo de la pila por ( 1 r E', y h' h A a. La corriente de la línea es, pues, negativa, y se produce un blanco en el receptor. Así, cuando las brocas encuentran dos agujeros rectos, las dos semioscilaciones, producen, la primera un punto, y la segunda un blanco. Si no existiese la cinta de papel, continuando las oscilaciones regulares del balancín, se obtendria en el receptor una série de puntos iguales separados por blancos. 3. Supongamos que el agujero anterior de la cinta esté detrás del del borde posterior; en la segunda semi-oscilacion del balancín, cuando la clavija a suba, encontrando labrocal el papel, se parará, la palanca A no podrá subir, el brazo l' permanecerá en su·sitio, así como tambien el disco D, y la corriente positiva contim:¡ará pasando á E', como durante la primera semi-oscilacion. Mas como la clavija a no toca á la palanca A, esta corriente no podrá pasar por esta clavija, de suerte que para q1:1e vaya á la Hhea, estará obligada á pasar por la caja de resistencia que se encuentra en uno de los hilos que salen de _E' y comunican con el hilo de la línea. Mantenida 0

FÍSICA. INDUSTRIAL

un trazo. Como la descripcion de todas estas piezas nos llevaria más allá de los límites trazados, diremos tan solo que el aparato de Wheatstone, empleado en muchas líneas, da los resultados más satisfactorios que pueden esperarse. Está d~spuesto, además, de tal modo, que los partes pueden pasar simultáneamente en sentido contrario por el mismo hilo, lo .... cual aumenta aun más fa rapidez de transmision. Muy luego daremos la descripcion de este sistema simultáneo de transmision. RecEPCION AL TACTO EMPLEANDO EL TELÉGRAFO DE MoRsE, POR LEONARD .-:--Por lo que hemos dicho, conocemos ya el telégrafo de Morse, ese instrumento telegráfico que desarrolla al funcionar una estrecha tira de papel, en la cual se reproducen los telégramas en signos convencionales reducidos á puntos y á guiones ó trazos. Existe desde 1843, y á pesar de los numerosos inventos que desde entonces han surgido, todavía es el aparato más empleado para las transmisiones por hilos terrestres, cuyo tráfico no exige un sistema rápido. Funciona fácilmente hasta en malas condiciones, cuando el estado de las líneas no permite marchar á otros aparatos; los principios en que se funda son, como hemos visto, elementales; el mecanismo más sencillo que otro alguno. Hemos dtcho ya que este ap~rato ha sufrido muchos perfeccionamientos de detalle, y uno de ellos consiste en suprimir la tira de papel, como se ha hecho en América; el empleado percibe las señales al oido. Fácilmente se conciben las ventajas de este modo de trabajo. En la recepcion ·o cular, los ojos del empleado se dirigen alternativamente de la tira de papel al papel sobre el cual hay que escribir el telégrama, al paso que en la recepcion auditiva los ojos no se ocupan más que en mirar lo que se va escribiendo ó traduciendo, á medida que lo va percibiendo el oído. Siendo simultáneas las dos operaciones, se gana tiempo; por otra parte, el órgano perceptor, no ocupándose más que de la lectura de las señales, el trabajo es más exacto que en la recepcion ocular, en que los ojos han de atender á dos cosas. En lnglaterra, donde se aplica tambien el sistema auditivo; en Bélgica, donde se han hecho ensayos concluyentes; _en toda~ partes,

ha demostrado la experiencia la superioridad de la recepcion acústica sobre la ocular. Para facilitar la recepcion auditiva de las señales telegráficas, se usan tres medios: 1. º Hacer más sonoro el batimiento ó golpe de la armadura atraída por el electro-imán. 2. Dirigir el sonido hácia el empleado, rodeando el aparato receptor de una caja acústica abierta solamente por un lado. 3. Aislar el sitio del trabajo de toda clase de ruidos extraños. Las dos últimas prescripciones no serian necesarias, si el oido del empleado estuviese en inmediata relacion con el aparato. Esta condicion no sería posible en un aparato auditivo, pero existiría forzosamente en una recepcion al tacto. La percepcion de las señales no seria perturbada por lo que pas(;l alrededor del agente; éste no necesitaria entonces estar aislado, y podría escuchar lo que se le dijese, sin detenerse en su trabajo. La aplicacion de un sistema tactil seria de los más sencillos. El electro_-imán receptor tendría, como ahora tiene, una armadura ó paleta, cuya prolongacion tocaría la mano izquierda del telegrafista. Dos disposiciones podrían adoptarse para ello: la palanca podría tropezar contra la parte superior de la falange del dedo medi'o, ó contra la extremidad tactil de un dedo cualquiera; en arn bos casos la mano descansaría cómodamente sobre una tablita unida al zó calo del electro-imán. Así se tendrian las ventajas de la recepcion auditiva sin tener sus inconvenientes. Las modificaciones que exigiria la introduccion del receptor tactil podrían aprovecharse para adoptar resueltamente un sistema de doble corriente, un polo para los puntos y otro para los guiones ó trazos. En este caso, el transmisor es doble y el receptor debe ser polarizado. La armadura oscila en uno ú otro sentido, segun que la corriente que llega es positiva ó negativa, y lleva una lámina terminada en forma de horquilla. Los dos extremos de esta horquilla se encorvan hácia el interior, terminándose la una, en punta redonda, la otra en filo dentado. El dedo del telegrafista, colocado entre los dos dientes ó brazos de esta horquilla, 0

TELEGRAFIA ELECTRICA

percibe todos los movimientos de la armadura ó paleta; por un lado el contacto de la · punta roma golpeando contra la uña del dedo medt'o, indica los puntos; por el otro contacto ·la lámina dentada chocando contra la yema, indica las rayas. • Está disposicion presenta una ventaja capital sobre el Morse de corriente sencilla, donde la formacion regular de los puntos y de las rayas depende de la destreza del emplead9 de la estacion transmisora. En el sistema de doble corriente, los puntos y las rayas tienen una forma respectiva .bien distinta, de la cual resulta una lectura má_s fácil y más exacta. Finalmente, la formacion de una raya, como RO reclama en este sistema una emision de corriente más larga qu_e la del punto, se gana un tiempo apreciable en la transmision, y por consiguiente en la lectura, cuando se recibe. Otra modificacion puede introducirs~; pero ésta se refiere á la transmision. En el sistema de recepcion ocular trabaja demasiado el órgano de la vista, que tiene alternativamente que mirar las señales de la tira de papel, y lo que escribe la mano. El sistema auditivo· y el sistema tactil tienen por resultado quitar al órgano visual la mitad del trabajo, para cargarlo sobre otro órgano. Del mismo modo, para la_ transmision se fatigan tres dedos de la mano derecha, cuyos nervios están constantemente en accion, ya sea que el empleado escriba, en la recepcion, ya sea que maneje la clave de transmision ó manipulador. Lo natural seria distribuir el trabajo entre las dos manos, la derecha para escribir y la izquierda para transmitir. Hay que notar que las actuales claves son muy pesadas para su uso. En otro tiempo, cuando el aparato Morse servia para las relaciones internacionales, se necesitaba un manejo fuerte para transmitir á largas distancias; entonces tenia razon de ser una clave maciza. Hoy, que este aparato no sirve, en general, sino para relaciones regionales, basta un manipulador dbnt'nuto, cotno el que se emplea en América. · Segun esto, se podría adoptar un pequeño instrumento, movido por el dedo y colocado á la izquierda del empleado. Se alige·r aria así á la mano derecha del trabajo de la transmirfs1cA lND .

sion, que seria hecho por la izquierda; ésta dispone de dos ó tres dedos que se repartirían el trabajo. En el sistema de recepcion tactil, la clave de tran_smision estaria fijada sobre el zócalo del receptor; transmisor y receptor unidos no ocuparían más que un espacio muy pequeño á la izquierda del empleado. Posible es que la mano izquierda, menos ágil que la derecha,- no adquiera la velocidad de transmision que ésta última. Esto no seria un inconveniente: · en la actualidad no hay equilibrio entre la transmision y la recepcion porque la primera se hace más de prisa que la segunda. Está en uso, cuando se trabaja al oído, el no transmitir muy de prisa, á fin de permitir que se oiga bien el trabajo en la estacion receptora; por tanto, una disminucion en la velocidad de transmision no debe considerarse como una desventaja. En revancha, un aligeramiento de trabajo de-la mano de·recha pondria á ésta-aun en mejores condiciones para escribir deprisa. Estos diferentes cambios son muy sencillos, naciendo una ligera reserva ó excepcion respecto á la doble corriente, estas innovaciones pueden introducirse un dia, sin exigir ejercicios laboriosos por parte del personal, ni nuevas ni costosas instalacio°=es; tienen la ventaja de qu~ pueden ser realizados poco á poco sin estorbar en nada al funcionamiento de lo existente; la modificacion puede hacerse en una estacion sin que la otra estacion lo · perciba. TRANSMISION SIMULTÁNEA Y EN SENTIDO IN-

HILO.-Este problema '10 resolvió Gintl, en 1853, y luego Sicmens, Halske, EdluRd y Wartmaun. Para obtener resultados, es preciso poder hacer funcionar simultáneamente las pilas de reempfazo situadas en las dos estaciones. La fig. 508 dará una idea del principio comun adoptado por la ma oria de ios inventores. Las dos estaciones e tán di pue tas del mismo modo y las misma letra representan los mismos objetos. E E es el ele tro-iman de la pila de reemplazo, P la pila principal. El hilo positivo se bifurca en o, y su dos mitades, perfectamente iguales, se enrollan en sentido contrario dando el mismo número de v ueltas al electro, formando así un electro-

VERSO ·poR UN MISMO

D.-88

FÍSICA IND,USTRIAL

•

imár1i diferencial; luego, estas dos mitades pasan por un reómetro diferencial r. Los dos ramales se separan luego, para formar el uno el hilo de línea /, y el otro, representado por la línea de puntos t, para comunicar con el suelo en T, des pues de haber pasado por un reostato R. El hilo negativo v_a á parar á c, en donde hay una palanca-llave, con la cual se le puede hacer comunicar con el suelo. Se principia por preparar el .reostato R de modo que las dos corrientes que parten del punto o sean de igual intensidad, lo cual indica el reostato r; entonces el electro-imán que recorren en sentido contrario se encuentra en estado neutro. Si se mueve la llave c, la· corriente de la pila P, que no produce ningun efecto en E E, hará funcionar á la pila de reemplazo E' E' de la estancia opuesta, puesto que el hilo /' comunica con el suelo·por el punto de union o' y el hilo t' T; y además, esta corriente imanta al electro E' E', por pasar en o' de una á otra de las dos partes del hilo enrolladas en sentido contrario. Si en este instante se lanza una corriente de la pila P' á la pila de reemplazo E E, ésta funcionará, por pasar alrededor del electro E E, independientemente de las corrientes contrarias que vienen de P, la corriente que llega de P', que rompe el equilibrio magnético. TELÉGRAFOS.ELECTRO-QUÍMICOS_ESCRITORES. Estos aparatos se fundan en la accion que ejerce la corriente eléctrlca sobre las sales, ·de modo que, buscando unas q,ue por la accion del flúido eléctrico se conviertan en un nuevo cuerpo de color di"ferente, se obtendrán Sf!1ia let con jacilt"dad. En 1839, Davy construyó un telégrafo que escribía signos por medio de la descomposicion del yoduro de potasio, aparato compli"cado, que requería tres ht"los de línea. · Bain, despues, trató tambien esta cuestion, modificando Pougd aquel sistema. El pa_pe] propuesto por éste último se prepara . del modo siguiente: cortado en tiras, como parn el aparato Morse, se empapa en una disolucion que en 100 , partes de agua contengn 150 de nitrato de amoníaco cristalizado y cinco de prusiato de potasio; el papel así obtenido se conserva bastante húmedo á causa del nitrato de amoníaco que se pone para es~ objeto, y está suficientemente ác:;ido para dar

paso á la corriente sin atacar los metales que tiene que tocar. El aparato es semejante al de Morse: un cilindro metálico A (fig. 509), gira con un mecanismo de relojería; este ci.., lindro está unido al polo negativo de una pila· local_, pues el flúido de la línea no tendria bastante tension para producir signos bien marcados; el aparato de esta pila local unirá el polo positivo á la barra metálica B cuando lleg_ue la corriente, para lo cual la palanca móvil B de la pila local (fig. 510) estará unida á este polo, y tocará á la barr:;t cuando sea atraída por el electro-iman: El papel preparado C pasa entre A y B, y al cerrarse el circuíto de la pila local, atraviesa la corriente desde B al cilindro A por el papel, formándose azul de Prusia con la sal de que está impregnado, y marcando por tanto un trazo azul más ó menos largo, segun el tiempo que pase 1~ corriente; el tornillo D arregla la barra; el manipulador es el mismo que en el aparato Morse y, los signos tambien iguales. TELÉci-RAFO DE MORSE MODIFICADO POR FROMENT.- En la parte superior (fig. 5rr) se vé el aparato completo, y en la fig. 512 en menor escala los diferentes conductores y el interior del manipulador; en las dos figuras, iguales letras representan.la misma cosa. Se compone este aparato de un electroiman K, que atrae la.pieza U, la cual gira sobre un eje; esta pieza tiene unida una palanca que lleva en su extremo un lapicero X, dispuesto para que el lapiz se sostenga -y pued·á bajar cuando se gasta; debajo .de este Japiz hay un cilindro Y, al que se une un papel por medio de dos cuerdas tirantes con resortes Z unidos al eje; una máquina de reloj en I hace girará la pieza I', que engancha en una palanca A' unida al eje del cilindro Y, el cual al girar va presentando el papel d~bajo del lapiz; pero tiene rosca este eje en la parte· B' y hay tornillo en el soporte, de modo que al mismo tiempo que gira, va· avanzando, y así, cuando ha dado una vuelta entera no viene á pasar el lapiz por el punto que antes habia marcado; el movimiento en I se puede parar por medio de un corchete a queengancha en el volante; el manipulador es el mismo que el de cuadrante, pero la rueda G tiene solo cinco dientes, ·que cuando tocan á la pieza f cierran el circuíto, abriéndose éste cuando J se en-

TELEGRAFIA ELECTRICA

cuentra enfrente de un espacio entre dos dien- se pasa F sobre H . donde dice receptor, se tes de G. Esta rueda se mueve con un disco G' deja O sobre P y G tocando á J, y se desque tiene diez botones de dos colores distin- engancha el corchete a para que gire el cilintos y alternados; cuando los de un color se dro Y; de este modo la corriente viene por R ponen delante de o:ro botan L' fijo en el ex- N G J M y Tal electro-iman K, donde hace terior de la caja, está cerrado el circuíto, y mover el lápiz, como ya hemos dicho, y sale cuando se ponen los del otro, está abíerto; por V H ·F P O y S á la línea. Para comunidelante de los botones hay unos agujeros que car, se pone O sobre Q, donde dice con pila, descubren un número que sirve para indicar y F sobre H; así dispuesto, la corriente de la las veces que se abre y cierra el circuíto desde pila entra por D F H y V al receptor, donde el botan que se toma hasta llegar con él á L'. bará las señales que debe repetir en la otra Puesto en movimiento el cilindro Y, desen- estacion; pero si no se quiere que las haga se ganchando el corchete a, el lapiz traza una lí- levanta la palanca U X, que tiene para esto nea; haciendo entrar la corriente, la pieza U, una articulacion en U'; de t_odos modos la atraída por el electro-iman K, hace mover á corriente sale por T M J al manipulador, donla d~recha el lápiz, trazando una línea en dide se abre ó cierra para producir las señales, reccion de su movimiento; siguiendo despues pasando por éste y G N R á la línea y por el del tambor, traza el lápiz una línea ·hasta ella á la otra estacion, donde entra en el reque, dejando de entrar la corriente, la pieza U ceptor, y despues de formar en éste el signo, no ·es traída y vuelve á su posicion primera vuelve por S O Q y Cal otro polo de la pila. Las señales marcadas por el l~piz pueden por la presion de un resorte N' en el extremo de la palanca; en este caso. traza el lápiz una combinarse de muchas maneras para que relínea que forma ángulo con la que trazaba, presenten un alfabeto. TELEGRAFO DE DUJARDlN.-El aparato idea: de modo que los signos trazados por el lápiz son dos líneas en direccion de las circu nferen- do por Dujardin es semejante al de Morse: un cias de las bases del tambor cuando está abier- cilindro que sostiene una hoja de papel gira to ó cerrado el circuíto, y líneas en direccion como en el telégrafo de Froment, que acabade las generatrices en el momento de abrir mos de esplicar; debajo hay una palanca que ó cerrar el circuí to, como se mar.ca en P'. lleva, en lugar del estilete que se coloca en el Cuando el tambor ha dado una vuelta entera, de Morse, una pluma ó punta con algodon, se traza otro renglon separado del primero, la cual en su posicion natural está dentro de porque el movimiento de translacion del eje un recipiente que _contiene tinta; al entrar la hace que los renglones formen una espiral corriente, la pluma dá un golpe en el papel y forma un punto; por el n~mero de ellos y sus en el papel. distancias respectivas, pueden diferenciarse En este aparato, á los botones R y S seunen los alambres de la línea, los T y V son los signós. El manipulador es como el de los del electro-iman K; á ·1os C y D se unen Morse. Tiene la diferencia sobre los demás los de la pila, y á los B y A están unidos los aparatos, que enfrente del electro-imán hay alambres de la alarma S', igual á la esplicada una barra imantada, que al entrar la corriente (fig. 478). Los puntos M y N son los que unen es repelida por ésta, y hace tocar la pluma al los alambres del manipulador con el receptor, papel; persi esta .modificacion no ofrece· niny en F y O están los conmutadores, que se guna ventaja. TELEGRAFO EsnENNE.-Este aparato ha sido ponen sobre E ó H y P ó Q. El aparato dispuesto para recibir señal en la alarma, tendrá construido para sustituir al Morse; siendo tan el conmutadorF sobre E en donde está escrito sencillo como éste da un rendi°miento mayor, alarma, y el O sobre P, donde dice sin pila, facilita el trabajo del telegrafista, suprimiendo estando •en contacto la rueda G con la pieza el mayor número de alteraciones de palabras J; en este caso, la corriente que entra por R y toda clase de errores en los despachos. El def~cto del Morse proviene sobre todo tiene que llegar á N', y por G á J M y B, donde, haciendo sonar la alarma, sale por A E F de la posibilidad de transformar cada una de P O y S ~ la línea. Para recibir comunicacion, las dos señales (punto y raya) por consecuen-

700

FÍSICA INDUSTRIAL

cia de un contacto demasiado corto ó dema- condicion sea indispensable, porque la desisiado prolongado de la paleta. gualdad de los contactos en que pueda incurEl remedio consiste en poner al operador en rir el telegrafista, tendrá por resultado único la imposibilt'dad absoluta de hacer estas trans- aumentar ó disminuir algo, segun el caso, el formact'ones. espesor del trazo ó señal, pero sin cambiar Esta es prefisamente una de las numerosas nunca su naturaleza y sin afectar sensiblemejoras que realiza el telég rafo Estienne, en mente la lectura despues. el cual la distribucion de las dos señales se Del hecho mismo de la imposibilidad de produce por una diferencia de altura en las desnaturalizar las señales, resultará la elimirayas, y no por la diferencia de longitud. nacion de la mayor parte de los errores de los En este telégrafo, las rayas en vez de ha- despachos telegráficos. cerse á lo largo de la tira de papel, se hacen Con el Morse, las incorrecciones provienen al contrario, perpendicularmente á dicha tira. de una mala formacion de las dos primeras Además, el manipulador Morse de una sola señales de una letra, porque el telegrafista ha tecla ó contacto, á pesar de los diversos per- estado demasiado tiempo sobre el contacto del feccionamientos que ha recibido, causa á la lar- primer punto y no bastante sobre el contacto ga en el brazo del telegrafista, una agitacion del trazo; lo mismo sucede con un defecto casi nerviosa tal, que es capaz de alterar las trans- incorregible g_ue impele á algunos telegramisiones. fistas á cortar el trazo. Estas incorrecciones son para el traductor Con la escritura Estienne, siendo breves un motivo de trabajo lento y penoso, y causa todas las señales; no puede haber estos dede algunos errores. fectos. Así, á pesar de la mejor Yoluntad, las lePor lo que respecta á la ecnnomia de tiemtras B, N, G, D, P, se confunden con alguna po en la transmision, se sabe que el tra1o frecuencia con las C, M, O, K, Y, á causa de Morse exige un tiempo tres veces más largo . la transformacion inconsciente en punto de la que el punto Morse; partiendo de este hecho, última raya ó trazo de la letra, ó bien al con- esta economiá que resulta para cada palabra trario. de la igualdad de las corrientes, dependerá, El nuevo sistema ha conservado las venta- pues, del número de trazos que cada palabra jas demostradas del antiguo, suprimi¡:mdo los contiene. Para las cifras todavía es más conprincipales inconvenientes, y sóbre todo el re- siderable. glage. Agreguemos á todo esto que el procediLas letras, cifras y signos de puntuacion miento stenotelegráfico imaginado por el inson los mismos que los del Morse. ventor, permitirá reproducir con la mayor Las dos señales que se hacen con semitra 1o fidelidad y sin pérdida de tiempo diferentes vertical, que reemplazan al punto, el cual al- letras que los sistemas de caligrafía no puegunas veces no marca, y el traw vertical que den dar sin el empleo de perífrasis, incompareemplaza al tra 1o ó raya /ongt'tudina l del tibles con la rapidez de la transmision. Morse, cada una de estas dos señales está forLas dificultades de manipulacion y de lecmada por una pluma especial, que obra bajo tura del Morse hacen indispensables la comla accion de uno de los dos contactos del ma- probacion de los telégramas. La precision de ni.pulador inversor. las señales, siendo segura con el empleo del El contacto ó tecla de la izquierda, que emi- nuevo sistema, resulta por este otro lado una te una corriente positiva, produce el semitra- nueva economia. zo, y el contacto ó tecla de la derecha produDespues de la exactitud del texto de los ce el trazo. despachos, la cuestion más importante para La impresion de una señal no exige una el público es indudablemente la rapidez del duracion más larga que el tiempo necesario trabajo, que tiene por consecuencia mejorar á la formacion delpunto Morse, es decir, que la distribucion de los telégramas. todas las corrientes son cortas. Se hacen iguaEstienne calcula que la sustitucion de 'su les las corrientes cuanto se pu~da, sin gue esta sistema al Morse, daría, por lo m_e nos, un-a

TELEGRAFIA ELECTRICA

economia de la tercera parte del tiempo para cada transmision; uno de cuyos resultados· seria conseguir un adelanto de una ó dos horas en la remision á domicilio. Hagamos un cálculo aproximado basado sobre este coeficiente económico supuesto. En Francia, cada despacho depositado en la reja, al precio de 50 céntimos, le cuesta al Estado 85 céntimos, ósea la pérdida de 35 céntimos por telégrarna. El número de telégramas es de unos 30 rnillories por año; calculando el coste del telégrama á razon de 85 céntimos, el gasto anual se e_levaria á 29 millones de francos. Contando solarnent~ con 1 5 millones afectos al precio del trabajo Morse, se obtendria 1

con el coeficiente de reduccion de - - del 3 tiempo, una economia anual de 5 millones de trancos. Es innegable que el sistima Estienne presenta, sobre el Morse, muchas ventajas, á más de las que llevamos señaladas. Empleándolo sobre un hilo subterráneo de una longitud de unos 413 kilómetros, ha hecho la transmision con una velocidad de 189 palabras en 5 minutos, al paso que el Morse no dió más que 127 palabras. Sobre otro hilo subterráneo de 712 kilómetros, en cuyo extremo el receptor Morse no podia reproducir las señales enviadas desde el otro extremo, el receptor Estienne llegó á una rapidez de transmision de 100 palabras en 15 minutos. Tambien se trabajó sobre µna linea directa entre San Petersburgo y Berlin, sin relevador ni traslacion de ninguna dase, con toda la velocidad que corresponde al manipulador de doble tecla. Caracteres son estos de indudable superioridad; pero la economiá general que debe resultar ¿será suficiente para decidirse á emprender desde luego la sustitucion completa de un sistema por el otro? Desde luego puede afirmarse que el nuevo sistema tiene su lugar señalado entre Hughes, de que luego trataremos, y el Morse. Telégrafos autográficos.

Los telégrafos autográficos · reproducen el jac-simt? de una escritura, de una rúbrica, de

un dibujo trazado á la pluma. Blackwel fué el primero que, en 1849, obtuvo este resultado. Supongamos en cada una de las estaciones un cilindro metálico giratorio, sobre el cual apoya un estilete de acero que se mueva constantemente en vaiven en sentido de la arista del cilindro. El parte se escribe con tinta algo espesa, en un papel de estaño aplicado al cilindro del trasmisor. Este cilindro está en comunicacion con uno de los polos de una pila y el estilete con el hilo de línea. El receptor está dispuesto del mismo modo, sólo que su cilindro lleva una hoja de papel empapada de 'cianuro de potasio, sobre la cual el estilete forma trazos azules . Cuando el estilete del trasmisor se apoya en un trazo de tinta, la corriente se intercepta y el trazo az-µl se interrumpe por un espacio blanco de longitud igual al espesor -del _trazo de tinta. Así, el fac~ simil se reproducirá por trazos blancos sobre trazos azules. PAUTELEGRAFO CASEUI.-En el aparato anterior, los puntos blancos reservados se llenan casi siempre, á causa ge las perturbaciones atmosféricas, ó porque el hilo de línea no se descarga instantáneamente. En el sistema Caselli, los trazos azules se producen cuando se interrumpe la corriente, y el /ac-simil del parte queda trazado en líneas azules sobre fondo blanco. El transmisor de este aparato (fig. 513) consiste en un péndulo r P de 2 metros de longitud, suspendido de un bastidor H H, y cuyo peso ó lenteja, de 8 kilos de peso, está formado de una pieza· de hierro P, lastrada con plomo. Las oscilaciones de este péndulo se resuelven por las acciones alternativas de los electros E, E' y son sincrónicas con las del péndulo de un aparato idéntico situado en la otra estacion. Para establecer este sincronismo, un cronómetro regulador h Q, representado á la derecha, cuyo péndulo Q oscila con una rapidez dos veces mayor que el péndulo p P, está atravesado por la corriente de una pila local G, cada vez que el péndulo Q oprime la pieza o, sostenida por el resorte r. La corriente sigue entonces por el hilo T, se bifurca en n y pasa á uno ú otro electro-iman ~r los hilos / ó /' atravesando los interruptores n, m', uno de los cuales está represen-

702

FÍSICA INDUSTRIAL

tado á la izquierda, en I. Cuando. el péndulo p P se aproxima al electro-iman E, empuja el boton x de la lengüeta g, y se cierra el circuí to en m'. Entonces el péndulo es atraido por el electro; mas, antes de tocarle, el péndulo Q abre el circuíto en o r, y queda libre la masa P para volver á su sitio primero. Al llegar cerca del electro E', el péndulo Q, que oscila con doble rapidez, cierra el circuito en o r, el boton x le cierra en n, y la masa P experimenta una atraccion, que cesa pronto por el retorno del péndulo Q, que abre el circuíto en o :r. El sincronismo de los aparatos de las dos estaciones se obtiene haciendo girar el tornillo micrometrico v que, tendiendo más ó menos el resorte r, hace variar la amplitud y, por consiguiente, la duracion de las oscilaciones del péndulo Q. · Registrador.-El mecanismo por medio del cual el estilete recorre la superficie escrita, se ve en m B h' (fig. 513). El péndulo p P, que se puede poner en reposo por medio de un paro k, transmite sus oscilaciones, por la biela B, á una palanca m v, que sostiene una barra horizontal h v h', equilibrada por los pesos m, m'. Esta barra arrastra dos estiletes metálicos muy finos s, s, cuyas puntas rozan . en dos porciones de unos cilindros metálicos c, c', en los cuales se aplican dos telégrarnas escritos con una tinta algo espesa, en un papel plateado. A -cada oscilación, cada uno de estos estiletes se desplaza de ½de milímetro paralelamente a h h', de modo que barre poco á poco toda la superficie cilíndrica. Hé · aquí (fig . 5·14) corno se verifica el desplazamiento lateral del estilete. LV es la palanca, que oscila alrededor del eje o, y V la seccion de un tornillo muy largo, que se ve debajo de h h' (fig. 513) y que conduce una tuerca vista aparte en n (fig. 514). Esta tuerca está guiada por una regla fija e, y empuja los estiletes á lo largo de otra reglar, que puede balancear ligeramente alrededor de una de sus aristas. Al final de cada oscilacion, un gatillo de horquilla e c, móvil alrededor de e, recibe el golpe de un paro a, a, y empuja entonces una rueda de gatillo fija al tornillo . Este gira de -l

de vuelta y hace avanzar la tuerca n

i- de milímetro. Al propio tiempo, la hor-

quilla arrastra los botones b, b', y la reglar, r se balancea alrededor de una de sus aristas, levantando el estilete s durante una de las semioscilaciones y le hace bajar sobre la superficie cilíndrica, durante la otra serni-oscilacion. La e4 periencia ha demostrado que los trazos sólo salen limpios durante el movimiento en un sentido solamente, por lo mismo se utiliza el movimiento de retorno para expedir dos partes á la vez, en dos superficies cilíndricas c, c' (fig. 513) . El receptor, está construido corno el transmt'sor, sólo que el papel plateado se sustituye con papel empapado de cianuro de potasio y· el estilete es de hierro. Todas las veces que el estilete del transmisor pasa por un trazo de tinta, que rompe el circuíto, pasa una corriente por el estilete del receptor y traza una raya azul de igual longitud que el trazo de tinta en el sitio atravesado; de suerte que las rayas atravesadas en el papel plateado se reproducen en forma de trazos paralelos muy unidos, corno se ve en la palabra caselli de la figura 5 r 5. Pasemo~ ahora á ver corno se establece la cornunicacion entre el transmisor y el receptor (fig. 515). Pes una pila, distinta de la que hace mover los péndulos, y cuya corriente pasa por el hilo B al hilo de línea L, atravesando una pequeña pila local P, que da una corriente de igual sentido. En p', la primera corriente atraviesa · otra pila local simétrica de p, pasa por el receptor electro-químico R, y vuelve á la pila P por la tierra. La corriente de P puede pasar igualmente por el circuíto B Ta, y el transmisor T. Cuando el estilete del transmisor se apoya en un trazo de tinta, la corriente de P pasa por la línea L, surr;iándose á la de p _que, debilitada por las pérdidas, destruye sólo en parte la de P', formándose así una raya azul en R. Cuando, por el contrario, el estilete apoya en T sobre el metal, la pila P se descarga por B Ta, y, más resistente la línea, no recibe nada. La corriente de p se destruye por la de P', que tambien influye en R á causa de las pérdidas de la línea, y que, por ser inversa de la corriente de P, destruye en R el resto de esta aorriente, sin descargar la lí-

TELEGRAFI,\ ELECTRICA

nea L; este es el objeto de las pequeñas pilas P,P'. Los telégrafos autográficos apenas se han adoptado por la dificultad en mantener el sin·cronismo de los dos aparatos, y por no ser necesario, en la generalidad de los· casos, el tener que recibirse con tanta precipitacion un fac-st'mll que, con poco inás tiempo, puede mandarse por correo. Sin embargo, este sistema es el único que puede utilizarse para noticias en paises que, como en China, la escritura no es alfabética.

nos en relieve, El árbol ne-esta rueda t, es hueco y está atravesado por el árbol de la rueda M, de modo que ésta continua sumovimiento dé rotacion á pesar de encontrarse la t parada. Al árbol hueco de ésta está fija una rueda dentada llamada correctora, representada en C (fig. 519), detras de la cual se aplica una rueda de gatillo, y por ella el sistema de las ruedas correctoras y de los tipos, es ar_rastrado junto con la rueda M por medio de un gatillo, susceptible de ser levantado para poner el juego en el punto de partida. La cinta de papel que sale del cilindro ó devaTel~grafos impresores. nadera D, pasa por derajo de la rueda de los tipos, y en el instante en que el signo que se Inmediatamente despues de inventado el imprime está abajo, el cilindro impresor r telégrafo de cuadrante, le ocurrió á Wheats- polpea bruscamente de abajo arriba, se imtone la idea de imprimir, empleando acciones prime el signo y la cinta avanza uri poco. electro-magnéticas, las letras grabadas en re- Este movimiento del cilindro impresor se prolieve en el contorno de un disco giratorio. duce por una emision de corriente lanzada de Posteriormente, algunos físicos y artistas, han la otra estacion por el juego del manipulador. podido conseguir, á fuerza de destreza, cons- La rueda de los tipos recibe continuamente la tnür telégrafos impresores. Existe un gran tinta de un cilindro C, sobre la cual se aplica número de ellos; pero, en general, los apa-. de tiempo en tiempo con un pincel. ratos son complicados y lentos, á causa prinManipulador.-Esta parte del aparato (ficipalmente de_la necesidad de parar la meda gura 5I 6), se compone de una série de teclas de los tipos para pulsar la letra, y volver cada dispuestas como las de un piano, en las cuavez al final, para evitar la acumulacion de les están grabados los signos que se transmilos errores._Se dudaba ya de poder obtener ten y de un sistema v, representado aparte _ un aparato rápido y verdaderamente práctico, (figura 5I 7). En él se distingue un árbol vercuando Hughes resolvió completamente el tical A, que, por medio de un engranagg cóproblema, imprimiendo la letra sin pararse, nico, recibe del árbol de la rueda Muna veempleando una sola emision de corriente, locidad de dos vueltas por segundo, igual á la para cada letra, sea la que fuese la fila, y em- de la rueda de los tipos de las dos estaciones. pleando, por último, un sistema de correc- Este árbol da movimiento á un carro c, cuyo cion que lleva constantemente la rueda de los extreruo e se enrosca con un plato fijo P P ' sin tipos á su posicion normal. tocarle, el cual lleva una corona de 28 agujeTELEGRAFO HUGHES.-En dos estaciones se· ros, y en ellos se introducen las puntas de instalan aparatos idénticos que c,omprendan otros tantos pequeños barrotes verticales ó un transmisor y un receptor. Estos dos apa- · clavtj'as, sostenidas por palancas accionadas ratos deben marchar sincrónicamente, y ya por las teclas . veremos más adelante porqué ingenioso proEn G se ve la disposicion de una de las clavijas. cedimiento se cumple esta condicion. Cuando se baja una tecla, la clavija corEn la fig. 516 se veelconjuntodelaparato . respondiente sube, sobresale u n poco de la Un peso de 50 kilos, que se hace subir de superficie del plato P P', y chocando el carro . tiempo en tiempo por medio de un pedal, da con ella al pasar, cierra la corriente de la pila . movimiento á una rueda M, por el interme- Esta corriente pasa por las clavijas, el carro y dio de engranajes, con una velocidad de dos el árbol A, antes de lanzarse á la estacion vueltas por segundo. En el mismo eje se en- opuesta, en donde el cilindro impresor obra cuentra la rueda de los tipos t, provista de entonces é imprime la letra que corresponde .28 dientes, que lleva las leti;as y demás s1g- á la tecla bajada, cuya letra pasa por debajo

FÍSICA INDUSTRIAL

de la rueda de los tipos en el momento en que trico n, fijo al árbol O, levanta bruscamente el carro toca á la clavija á causa del sincronis- la horquilla al dar el árbol una vuelta rápida sobre sí mismo, y la hace bajar inmediatamo de los dos aparatos. Receptor.-Hé aquí ahora el medio por el mente antes de pararse, empujando el brazo cual la emision de la corriente produce el inferior de dicha horquilla. La letra que se martilleo. La rueda M (fig. 516) hace girar, encuentra abajo, en la rueda de los tipos, queda con una velocidad de 20 vueltas por segundo, impresa en la cinta de papel p P' en menos de 1 un árbol o o' (fig. 518) compuesto de dos par- - de segundo. Al mismo tiempo, se corre . 260 tes independientes una de otra. ✓La primera, o', gatillo que, bajado un de de efecto rueda un poco por que gira constantemente, lleva una gatillo r. La otra, o, sólo gira cuando el ga- por su escéntrico E que obra en la palanca lo, tillo k fijo al sector s engancha los dientes de engancha una rueda de gatillo aplicada al cila rueda de gatillo, pues entonces le arrastra lindro r, provisto de dientes muy finos que consigo. El gatillo k se levanta por la aécion arrastran• la cinta. Se puede hacer pasar la del brazo l de la palanca l' l, mantenido por corriente á través del receptor del aparato la atraccion de un contacto, por los electro- que remite, de modo que el parte expedido dos E, E', constantemente imantados por la se reproduzca á la vista del expedidor. Rueda correctiva.-La rueda de los tipos, influencia de un iman de herradura a situado debajo de sus bases inferiores. Al pasar una que se desplaza un poco durante el martilleo, corriente por las hélices, obra de tal modo vuelve cada vez á su posicion regular por que desimanta las almas, y el contacto se se- medio de la rueda correctiva C (fig. 519), que para por la accion de un muelle antagonista R. un escéntrico especial e altera ligeramente á Este sistema de electro, susceptible de un gran cada vuelta, introduciéndose como una cuña número de aplicaciones, presenta la ventaja entre dos de sus dientes, devolviéndole desde que el movimiento de separacion principia pues, junto con la rueda de los tipos solidaria cuando el resorte posee su máximo de ten- de aquella, su posicion normal. Concorda_ncia de los aparatos .-Para que sion; mientras que, si el efecto tuviese lugar por atraccion, principiando el movimiento los aparatos de las dos estaciones concuerden, cuando la distancia es máxima, seria menos se apoya en el brazo/ del sistema a., ~. y, cubrusco. Se ve pues que, en el fostante en que yos brazos están unidos entre sí y pivotean se lanza la corriente de la estacion opuesta, en w. El brazo y tiene un gancho que ~oza con pasando ésta por la clavija levantada de su una rueda de acero provista de una muesca transmisor, el electro a bando na la palanca l l, en la cual se introduce, en el instante en que y el resorte p empuja el gatillo k hácia la ,rueda un blanco de la rueda de los tipos llega á de gatillo r, que hace dar una vuelta al ·sec- bajo. Entonces el brazo a. baja y hace mover tor s y al árbol o. Al final de cada vuelta, el una palanca, que obliga ·á -subir al gatillo que escJntrico e levanta la palanca l, y vuelve el hace solidarias de M (fig. 516) las ruedas C contacto á los polos del electro cuya imanta- y t (fig. 519), cuyo movimiento cesa inmecion cesa de estar neutralizada por haber ce- diatamente. Al llegar una corriente de la otra sado la corriente instantánea. Al propio tiem- estacion, el árbol de los escéntricos O e da po, el gatillo k sube, y la meda r gira y deja una vuelta rápida, y el escéntrico a separa el en reposo el sector s y el árbol o, hasta una •brazo ~. la palanca a. abandona el gatillo, que cae nuevamente sobre la rueda de gatillo, y nueva emision de corriente. La rotacion rápida del árbol o, llamado ár- el sistema C, t obedece al movimiento de la bol de los escéntricos, es lo que produce el rueda M (fig. 516). Rueda de permutacion. -Cada u no de los 28 martilleo del cilindro impresor. La extremidad anterior de este árbol está representada dientes de la rueda de los tipos, llev~ una ciaparte en O e (fig. 519), en cuya figura, tes la fra ú otro signo al lado de una letra, que están rueda de los tipos. El cilindro impresor r está igualmente marcados en las teclas del manisostenido por una palanca no, terminada en pulador. Cuando las letras coinciden exactauna horquilla, en cuyo interior un escén- men,t e_con la vertical que pasa por el centro

TELEGRAFIA ELECTR-ICA

de la rueda, estas letras son

las únicas ·qae se imprimen. Para qüe las cifr13s lo hagan á su vez, basta desplazar un poco la rueda de los tipos sobre el árbol de la rueda M (tig. 516), haciéndola g!rar del intervalo de un signo, es

decir, de ~ de vuelta, p·uesto q.ue son dos 5 los signos que se encuentran en cada uno de 'los 28 dientes. Este resultado se obtiene por medio de una nueva pieza v (fig. 520) situada detrás de la rueda correctora e, que está fija á un tubo envolvente que -roza con el árbol hueco de la rued·a de .los tipos. Ésta lleva un índice d que se introduce en una· muesca de la pieza p, susceptible de balanceo alrededor del pivote. v. Cuando en la estacion de sa-lida, se baja una tecla blanca especial, se da el martillazo en un blanco de la rueda de los tipos, y ef excéntrico corrector o apoya entoqces en un extremo de la pieza bb', la inclina, así como tambien el índice d, y, por lo tanto, la ruedá de los tipos se mueve de ;

de vuelta; en este instante, se presentan 6 las cifras, que son las que se imprimen. Si se baja otra tecla blanca, el excéntrico apoya en · el otro extremo de la pieza p, ·que se balancea, vuelve el índice d á su primera posicion. y la rueda de los tipos presenta sus letras al choque del cilindro impresor. La piezap se mantiene en la posicion que acaba de recibir del excéntr~co por m'edio de .un resorte de retencion r, cuya uña se introduce paulatinamente en las muescas. ✓ Regulador del sinpronismo.-Falta explicar tan solo porqué medio se obtiene el sincronismo de los dos aparatos. En la prolongacion del árbol de los excéntricos O e (fig. 519) hay un regulador de forma particular del cual se ve una parte en··s (fig .. 516),'y está ;epresentado ·aparte (fig. 521). En O está el árbol de los excéntricos, provisto de un volant6 que tiende á conservar la vetocidad, _y que se para apoyando en un freno/. El Fegulador se compone de una varilla de acero v fija en e, atravesada por una bola de cobre B. El -extremo n está articulado, por una palanca l, á un brazo b situado en el extremo del árbol de los excéntricos, pero de tal modo, que este extremo pueda separarse del eje de rotacion. Esto es lo que se verifica debido á la accion ,

FÍ:ilCA IND,

•

de la fuer~a centrífuga -sobre la bola B, y el ángulo al vértice del cono que deséribé aumenta con la velocidad, que está cohibida entonces y que puede variarse alejando más ó ménos la bola del extremo n, por medio de un alambre de acero que se tira ó afloja con una cremallera y un piñon p. Al.alejarse del eje, la varilla desplaza el punto de articuladon l del anillo giratorio a; este pti°nto empuja un resorte curvo que hace apoyar un taco en el contorno del cilindro .y limita así la abertura del cono, pues, si fuese muy grande, podría ocasionar Ja ruptura de la varilla en el punto de union e, en donde experimenta continuas flexiones y torsiones. Para impedir este accidente es porque se le-da la forma de una hélice s. Para conocer si los aparatos de las dos estaciones concuerdan entre sí, se colocan primeramente estos aparatos en el punto de partida; luego uno de los empleados fija una tecla convenida, á cada vuelta del carro transmisor, y, si los aparatos son sincrónicos, la letra correspondiente se reproducirá cada vez en la estacion opuesta. Si las letras cambian y se suceden en el orden A, B, C ... , probará que el aparato receptor va demasiado apri'sa, por lo mismo se hará el movimiento más lento aproximando la bola al extremo n. El telégrafo Hughes ha recibido importantes modificaciones y perfecciónamientos. Presenta la gran-ventaja de dar el telégrama impreso en caractéres ordinarios en una cinta de papel, que se corta en fragmento$, pegándoles unos sobre otros para .formar líneas. Este telégrafo, que no necesita pilas de reemplazo, es uno de los más expeditos; puede imprimir más de 50 despachos de 20 palabras por hora, que es más de Jo que ·puede hacer el telégrafo Caselli, y dos veces más que el aparato de Morse. TELEGRAFO MEYER.-Este telégrafo . autog.r.áfico (fig. 522) participa de los app.ratos escritores y de los aparatos impres6res. El tr~nsmisor, análogó aUle Caselli, se compone de un cilindro metálico sobre el cual se aplica el telégrama trazado con tinta sobre papeí de plomo. Un cario, que atraviesa un largo tornillo páralelo al cilindro, que gira rápidamente, transporta una punta de uno á otro extremo de este cilindro; entonces el cilindi::o T. 11.-89

FÍSICA INDUSTRIAL

gira de una fraccion de milímetro y, girando el tornillo en sentido inverso, por un meca nismo especial, camina la punta en sentido contrario, y así consecutivamente. Todas las veces que encuentra un trazo de tinta, se interrumpe la corriente. El receptor contiene un electro-imán, y los trazos del despacho' se producen por la deposicion de la tinta y no por la accion electroquímica. El aparato consiste en un cilindro C C, movido por un sistema de relojería, que da exactamente una vuelta en el tiempo en que la punta del transmisor verifica uno de sus trayectos. Este cilindro lleva una espira de hélice saliente m n, mojad:;i _con tinta del rodillo R. Una cinta de papel de un ancho igual á la longitud del cilindro, toca á la hélice en su punto más próximo, al subir pivotando alrededor de un eje o o', una regla r r', paralela al eje del cilindro. Este movimiento lo pro~ duce el electro-imán E situado entre los brazos del imán A B, que levanta por repulsion cuando pasa una corriente, y le atrae cuando ésta se interrumpe, marcando entonces un punto en el papel. Si la corriente se interrumpiese por intermitencias regulares, el papel recibiría durante una vuelta del cilindro una línea de puntos equidistantes paralela al eje de este cilindro. Si las intermitencias son desiguales, los puntos se encontrarán desigualmente espaciados, y se distribuirán como los que encuentra la punta del transmisor en el dibujo, al verificar una de sus escursiones. Además, la longitud de estos puntos está en relacion con la longitud del trazo cortado por la punta. La espiral y las reglas presentan una arista viva para que las señales salgan bien limpias. Verificada una vuelta, el papel avanza de una fraccion de milímetro, dibujándose luego una nueva série de puntos, correspondiente á la segunda carrera de la punta del receptor, y así consecutivamente, de modo que la hoja de papel se encuentra pronto <;.u bierta de puntos, cuyo conjunto constituye la reproduccion del dibujo confiado al transmisor. Cada aparato es doble y consta de un receptor y un transmisor movido por el mismo sistema de reloj. Los motores de las dos estancias marcharán de acuerdo por medio· de un péndulo cónico provisto de una gran bola,

sobr-e la .cual hay otra más pequeña, susceptible de correr por la espiga, para variar la velocidad. El telégrafo Meyer, sencillo y relativamente económico, se emplea mucho en las líneas francesas. Tres veces más expedito que el de Caselli, presenta además la ventaja de que, el recibir un telégrama en una hoja de papel de plomo, permite aplicar ésta al transmisor, para remitir directamente á otra línea el parte recibido. Mayer aplica su receptor de hélice al sistema de transmision múltiple alternada, imaginada por Rouvier, en el cual pueden á un mismo tiempo varios empleados remitir despachos distintos por el mismo hilo 1 utilizando los intervalos que separan las emisiones practicadas por cada uno de ellos. Un movimiento de relojería, pone sucesivamente en relacion con la línea los varios aparatos, los cuale~ en ningun caso deben funcionar en el mismo instante. Como cacla emision de corriente, con la clave Morse, requiere ~ de segundo 5 aproximadamente, se· podrán adaptar seis aparatos al mismo hilo de línea, y, por consiguiente, transmitir seis veces más despachos durante el mismo tiempo. Otros sistemas de telégrafos eléctricos.

Hasta ahora hemos visto que, para los signos telegráficos, se ha empleado la repulsion eléctrica, la chispa, la descomposicion del agua, el electro-magn~tismo, y por último la descomposicion de las sales. Falta tan solo, para completar este estudio, decir pocas palabras sobre algunos otros sistemas. Citaremos, en primer lugar, por su singularidad, el que en 1839 propuso Worselman de Heer, el cual, habiendo notado que las acciones fisiológicas se manifiestan á mayor distancia que las acciones físicas y quími'tas, dispuso un teclado de diez teclas metálicas, sobre las cuales se apoyan los diez detios, y por medio de una conmocion excitada por uno de los dedos por la electricidad procedente de la estacion ppuesta, indicaba un signo. TELÉGRAFOS Acúsncos.-Stenbeil producía sonidos distintos por el choque de los imanes de su telégrafo registrador sobre dos timbres.

TELEGRAFIA ELECTRICA

Despues se emplearon las vibraciones de la una, y sumergida la otra en el agua de un hojas metálicas, dispuestas como las del apa- pozo ó de un río. Un imán convenientemetlte dispuesto mantiene la aguja al cero, á pesar rato electro-musical-de Froment. Miraud aplicó su timbre (fig. 484) con el de la corriente produciµa por la polarizadon mismo objeto; oprimiendo un boton durante de las hojas. Los eléé;trodos de una fuerte pila un tiempo muy corto, se cierra el circuíto, ob- están soldados á unas placas dispuestas del teniéndose un golpe seco en el timbre; si la mismo modo. Al establecer la comunicac\on presion dura más tiempo, se obtiene un redo- de los polos de la pila con estas dos placas, ble. Combinando los golpes secos con los repor medio de un conmutador, la aguja del dobles, se producen varias señales, como en reómetro de· la otra estacion se desvía en un •el telégrafo de Morse combinando puntos y sentido que depende de la posicion del conrayas. Miraud ha aplicado este sistema tele- mutador, y estas desviaciones sirven para forgráfico con 'buenos resultados, en hoteles, ba- mar los signos. Así practicó Bourbouze un ños públicos, fábricas, etc., en donde sustitu- Jran número de experimentos durante el sitio ye con ventaja los simples timbres de aviso, de París, entre el sud-este de la ciudad y Saint-Denis, experimentos que dieron res~ly se presta á muchas aplicaciones. Cowper acaba de inventar una pluma tele- tados muy claros. Es probable que la corriengráfica, con la cual lo que se escribe á. mano, te del Sena ó los tubos de conduccion de las se va reproduciendo sobre una hoja de papel, ,1guas y del gas, hagan las funciones de hilo en la estacion opuesta. El mango aislante de de línea; por lo mismo, en esta creencia, seria la pluma con la cual se escribe lleva en su muy útil repetir estos experimentos á campo parte superior dos brazos ligeros, perpendicu- raso, lejos de las corrientes de agua ó de los lares entre sí, que comunican cada uno con canales. una pila. Durante el movimiento cada brazo Circuitos de transmision. roza perpendicularmente en los pliegues de un zig-zag muy unido, en cuyos ángulos· se ALAMBRE CONDUCTOR.-EI conductor de la encuentran unas bobinas de resistencia, y que corriente puede ser alambre de hierro ó de comunica con un hilo telegráfico; así la resistencia del circuíto varia y es tanto mayor cobre: comparemos los dos para ver cual de cuanto menor sea el número de pliegues que ellos es el más ventajoso. El alambre de cobre toque el brazo. Se comprende que habrá dos es mejor conductor que el de hierro, pues, sehilos de línea, que se enrollan, en la otra es- gun:sabemos, larazon de sus conduétibilidades tacion, en dos reómetros de agujas muy lares la de los números 91'5 á 15'5, ósea de 5'9 gas perpendiculares una á otra, en estado de á 1. Supongamos que un alambre de hierro reposo. Estas agujas se cruzan con una pluma tiene 4 milímetros de diámetro: su seccion será vertical muy ligera y muy móvil, apoyada en de 12'57 milímetros cuadrados, y debiendo ser una hoja de papel. Segun la intensidad de la 5'9 veces menor la del cobre, habrá de tener corriente se desvian más ó menos; y la-pluma . 12'57: 5'9 =2'13 milímetros cuadrados; pero recibe un desplazamiento resultante de los el diámetro correspondiente á esta seccion desplazamientos que caqa aguja le ha comu- es 1 '6 milímetros, luego para dar paso á la nicado á ella sola, y este desplazamiento es el misma cantida_d de flúido con igual intensidad mismo que el de la pluma que escribe el desque un alambre de hierro de 4 milímetros, de pacho que se tr~nsmite. Los experimen_tos diámetro, debe tener el de cobre 1'6 milíque se hicieron en un cir!,::uíto de 60 kilóme- metros. Calculemos ahora la resistencia de estos tros dieron resultados muy satisfactorios. Son varios los inventores que han buscado dos alambres: el hierro se rompe con 60 kilos los medios de comunicacion á gran distancia por milímetro cuadrado, luego, el propuesto sin hilo intermediario. Bourbouze. lo consi- necesitará 12'57x60= 754'2 kilos; el cobre se guió en las condiciones siguientes. Los extre- rompe con 25 kilos, luego el que nos ha re- · mos del hilo de un reómetro están soldados sultado se romperá con 1'6 X 25 40; es deá dos hojas de cobre, introducida en la tierra cir que el de hierro puede resis,tir un esfuerzo

FÍSICA INDUSTRIAt

19 veces mayor que el de cobre. Es grande, por lo tanto, la ventaja á favor del primero. Con1paremos los precios: segun los gene·rales del mercado se puede contar que si ·el a-laínbre de hierro vale I, ·el de cobre vale 5' I; pero si el peso de la unidad dé hierto es 7'207, el de la unidad de cobre será 8'788, · tomando en los dos casos el meta1 fundido, para que estén ·en igualés circunstáncias, es decir, que si el hierro pesa I el cobre -pesa 8'788 : 7'207 1'219, y dividiertcio por 5'9 resulta 0'2.07 el peso del alambre de cobre de la seccion necesaria, sÍehdo tlno el de hierro. Con este número resulta ya más caro el cobre, pero en la práctica hay todav1a más diferencia. En efecto, 50 metros de alam.b re de hierro nos lian dadd un peso de 4'98 kilos que, suponiendo sean 5 kilos, da por kilómetro de alambre 100 kilos. Igual extension de alambre de ~obre, de la equivalente al hierro de 4 milímetros, pesa 1' 14 kilos, que da por kilómetro 22'8 kilos, y como su precio es 5'1 veces mayor, resulta 22'8 X 5'1 rr 6'28;e1 éoste del kilómetro, siendo 100 el del hiérro. Vemos tambien la ventaja po·r ' el ·hi~rro. Añádase á esto, que el cobre se rompe fácilmente al hacer las uniones y con los cambios de temperatura; que, tendido, el esfuerzo para resistir á su mismo peso es una fraccion mu• cho mayor de su resistencia, que le está debilitando; todas estas razones hacen que en las líneas se emplee sólo el hierro, haciendo uso del cobre para casos particulares, pero en pequeñas cantidades. El grueso de los alambres de hierro que se usan generalmente, es de 4 milímetros; en algunos casos, para pequeñas distancias se emplea el de 3, y para muy largas el de 5. Siempre es alambre recocido ó quemado el que se emplea, porque es más maleable, aunque no tan resistente; sólo se emplea alguna vez sin quemar. en largas líneas rectas en que no hay ataduras. Para preservar de la oxidacion por el estado del aire y la humedad el alambre de hierro, se le hace la operacion impropiamente llamada de galvanir_arle, que consiste en cubrirle con una capa de zinc; y para hacer esta operacio.n se le sumerge primero en un baño de ácido su1fúrico diluido, que le limpia bién, y después se le introduce. en un baño de .zinc

fundido. Alguna vez s·e han pintado los alambres para preservarlos, pero no se ha obtenido buen resultadd, porque la pintura se roza con facilidad. POSTES PARA SOSTENER LOS ALAMBREs.-Cuan-

do ·el alambre ha dé estar al aire, es necesa- · rio sostenerle á cierta altura del suelo, y el medio varia s'egun las circunstancias. En las poblaciones pueden dirigitse· por encima de los tejados, y dé este modo se encuentran más seguros y no estorban; en tal caso ·se ponen soportes de hierto ó de madera·, que consisten en palomillas verticales ó piés derechos suje-· tos á los maderos de las armaduras ó cúbier..: tas de las casas; y pueden estos soportes llevar unidas varias traviesas de madera ó hierro· para sostener más de un Matnbre, variando la forma del aparato segun ias circurtstancias locales; pei-o debe cuidarse de que estén sólidamente establecidos, para que el viento no los derribe. En algunos casos podrán tambien· unirse á las paredes, en el interior ó exterior de los edificios, los soportes que· han ·de sostener el alambre. En el campo, los apoyos son maderos colocados verticalmente; por lo· general son de pino, como más baratos y abundantes, á no ser en circunstancias muy particulares; los troncos se descortezan y limpian bien, y no se labran por rá.zon de economia, ex ceptó cuando deban estar muy á la vista; como en sitios públicos del interior de poblaciones. No se puede fijar con exactitud las dimensiones de los maderos; pero indicaremos las que se han fijad0, en general, como mínimo,· en nietros. DIMENSIONES DE LOS MADEROS Ó POSTES TELEGRÁFICOS Diámetro A t metro del extremo inferior.

LARGO 12 I1

9' 5

7' 5 7

11 1,

Diámetro á la punta.

0' 26

0'12

0 ' 24 0 ' 20

o' 12

o' 18 o' 16 o· 12

u '10 ü ' 10 0'0 8 0'0 8

En los-caminos de hierro, en donde la vigilancia es mayor, se emplean de los más cortos, y en los caminos ·o rdinarios, de los me' dianos-, pG>~iendo los más largos en l.os pasos

TELEGRAFÍA RLECTRICA

de caminos ó en algun caso particular; tambien se escogen los más gruesos para colocar en ellos los tensores, y para poner en los vértices de los ángulos que forma el alambre cu.1rtdo no va en línea recta, por ser mayor, tH1 este caso, la resistencia que tienen que hacer. Los postes más convenientes son los de maderas inyectada-s de una disolucion que lleve entre sus tejidos una substancia insoluble, á propósito para evitar la putrefaccion y la polilla, desalojando la savia, principal causa de la alteracion, y formando compuestos inalterables. Varios son los medios que se han puesto en práctica para hacer estas inyecciones, pero el más económico y fácil hasta el día es el -de Boucherie. Reden cortados los troncos, y sin descortezar, los llevan al establecimiento, y allí les quitan un pedazo de su pié, dándole la forma cónica con el objeto· de abrir los poros que puedan haberse obstruido con la resina; despues adaptan á este ex tremo un tubo de plomo A (fig. 523) en forma de codo ·que unen por medio de q,rcilla á la parte D, para que pueda retener el líquido que en ellos se coloca; los maderos así preparados se ponen punta abajo sobre una inclinacion del terreno B, haciendo que la parte C del tubo quede vertical, y se echa en él una disolucion saturada de sulfato de cobre, el . cual baja por el interior del palo, desalojando los líquidos que contiene, que salen por la parte inferior, y marchan por un canal H; cuando el sulfato llega á la parte inferior, lo que se conoce por el color verdoso que toma la madera, se llevan á descortezar y despues al depósito. Los maderos de 8 metros de largo por o, 18 de diámetro en adelante, gastan 1'3 kilos á 1'5 kilos de sulfato de cobre; generalmente se cuentan de 5'5 á 8 kilos de sulfato por metro cúbico, que es con corta diferencia la misma cantidad. Por este método se tarda de dos á seis días en inyectar cada poste, segun su longitud. Tam bien se hace la inyeccion de otro modo más pronto y de mejores resultados; cortando el poste por su base en plano, se coloca encima un anilio de goma elástica, y sobre éste, · un disco de madera de encina ó de otra maderá pÓco pbrosa; láterálmenie se clavan al

poste dos barras de hierro que sostienen una traviesa que comprime el disco por medio de tornillos en los extremos de las barras; esto~ discos tienen un agujero en· donde entra el remate en cobre de un tubo de gutapercha unido á otro tubo largo de plomo, colocado horizontalmente: de este tubo salen muchos como el que dejamos indicado, para unirse á diferentes postes, y á él viene á terminar otro que sale de un depósito colocado á 7 ú 8 metros de altura, en donde está el sulfato de cobre; dispuesta de este modo la operacion, el sulfato llega al tubo -horizontal y desde él se reparte por los de gutapercha á los diferentes postes, en los cuales penetra por la presion que produce la altura del depósito, y no sale por impedirlo el anillo de goma; la inyeccion de los postes más largos dura por este método lo más tres dias. En donde estas operaciones no sean fáciles ó resulten caras, se debe emplear madera seca, y además es n~cesario preparar la parte inferior del poste, que ha de estar introducido en el terreno, con una ó más capas de alquitran ó br~a, y el resto que _se encuentra al aire, debe tambien pintarse al óleo ó embrearle tambien para evitar en lo posible las influencias atmosféricas . CotoCAClON DE 10s POSTES. - La distancia en que deben colocarse los postes suelen variar segun las circunstancias locales, pero generalmente se ponen 20 por kilómetro en los caminos de hierro y 16 á 17 en los demás casos, que equivalen á 50 metros de uno á otro en las vias férreas y 60 metros, término medio, en caminos ordinarios. Para colocarlos se hace un ag ujero en tierra, dándole la profundidad proporcionada á la clase de terreno , pues si este fuera poco resistente se necesita mayor profundidad que cuando es duro, peto nunca se debe dar menos de 1'5 á 2 metros de poste metido en tierra . En el agujero, que se habra hecho removiendo la menor cantidad de tierra posible, se introduce el extremo del poste, ó como dicen los obreros la co:¡-, y se apisona bien con una cuña ó pison de hierro, poniendo cantos ó piedras si se puede entre la tierra que se apelmaza . Deben las perchas ser todas de la misma altura si es posible; si no lo son resultará

710

PÍSICA INDUSTRiAL

alguna más alta entre dos más bajas, y el de anillo por uno de sus extremos y con una alambre formará un ángulo más ó menos cabeza en el otro, se introduce por el agujero grande en ella (fig. 524), en cuyo_caso, la S, que no es circular, y permite la entrada de contraccion producida cuando baja la tempe- esta cabeza, en una posicion, pero dando desratura tenderá á acercar el alambre á la línea pues un cuarto de vuelta, queda en la forma recta, y siendo grande esta fuerza de contrac- que marca la_ figura, y el alambre no puede cion, el soporte A que sujeta el alambre á la salir; en esta forma se llena la capacidad S de percha se romperá; el mismo efecto se produ- azufre fundido, que despues de frio sujeta el ce en una percha que sea más corta que las llambre tan perfectamente que no seria fácil dos más inmediatas. Deben tambien ponerse quitarle. El alambre que constituye esta pieza suele en línea recta, porque si estuvieran, por ejemalgo más grueso que el de la línea, el cual ser contraccion la 525, plo, como marca la figura del alambre, siendo una fuerza en direccion de pasa por su anillo sin hacer más que sostelas flechas, romperá los soportes ó hará incli- nerse, debiendo este anillo estar formado de nar las perchas. Como no siempre es posible modo que se pueda introducir el alambre de llenar estas dos condiciones, sin embargo, tela línea sin hacerle entrar por la punta, pero niéndolas presente, se harán los ángulos que que una vez entrado no pueda sal~r cuando sean indispensables lo más obtusos posible, está tendido; esto se consigue doblándole coy si alguna percha está en punto en que se mo indica la figura. Este soporte, que en España se llama campueda inclinar, se la pone un tornapunta, ó es muy bueno y aisla perfectamenpanilla, se la sujeta por el lado opuesto por medio de barras de hierro, ó con el mismo alambre de te, porque aun cuando se moje, el agua esla línea, á un cuerpo resistente, que si no hay curre sin penetrar en la cavidad R, y no otro, puede ser una estaca clavada en tierra forma comunicacion desde el alambre P por el agua á la percha. Si esta cavidad no exishasta bastante profundidad. tiera, el agua, corriendo desde el borde h~sta francés.SOPORTES AISLADORES.-Sistema Establecidos los postes, hay qne colocar en !legar á P, forma ria comunicacion entre el ellos el alambre; pero se concibe que será ne- ::i.lambre y la percha, y se perderia el flúido. Una modificacion propuesta en este sistecesario ponerle perfectamente aislado, pues de Jo contrario la corriente se perderá ó se ma es (fig. 527) suprimir las orejas del sopordebilitará demasiado para producir el efecto te, y hacerle una canal A, en_la que entra necesario; y aunque la madera es mal con- una pieza de hierro que, por medio de dos ductor, se marchará el flúido en el caso en tornillos, se sujeta á la percha: así tiene la que el alambre la toque, cuando una lluvia ú ventaja de ser mayor la seguridad, porque las otro fenómeno atmosférico la moje; por esta orejas de porcelana es fácil se rompan, de nerazon el alambre se pone sostenido en las cesitar más cortos los tornillos, y de poderse perchas por medio de unos soportes que le arreglar á la forma de la percha; pero es algo aislen completamente en toda su extension. más caro. Sistema aleman.-El aislador de este sisteEstos soportes aisladores pueden afectar muchas formas, pero son siempre de arcilla ma (fig. 528) es una. pieza de arcilla barnizacocida, de porcelana barnizada ó de cristal, y da, ó porcelana, qne se sostiene por su parte inferior; además de la cavidad R, como en el se sujetan á las perchas de varias maneras. El sistema llamado francés (fig. 526) con- sistema francés, para que el agua no llegue siste en una pieza de porcelana barnizada A, al apoyo, tiene un taladro S circular, con alredondeada por su parte superior, con dos gunos pequeños ensanches T, y en este talaorejas B taladradas, que sirven para sujetar el dro entra una espiga de hierro que se sujeta aislador por medio de dos tornillos C á la con azufre fundido, el cual llena todo el huepercha D. En la parte inferior hay formada co, y las partes T impiden que se salga, como una cavidad R, y en el centro de ella un pe- seria fácil si no existieran. La espiga de hierro queño agujero S, que despues se ensancha; sirve para sujetar el soporte, ya como se marun pedazo de alambre P, doblado en forma ca en N, ó ya como indica H, pudiendo tam-

TELEGRAFIA ELECTRICA

bien ponerse"el N á la punt:;i. de una percha. El alambre de la línea pasa por una canal B formada e.n la parte superior del aislador, y se ata con un alambre delgado á unagarganta D, lo que impide que el alambre se salgcl de la canal. Este sistema se estableció en la línea telegráfica de Madrid á Irun. Sistema inglés. - Este aislador (fig. 529) es de forma cónica, terminado en una parte esférica que lleva una canal B C ó dos opuesta s que no le rodean; por una pasa el alambre de la línea y por la otra pasan los alambres con que se ata aquel. Generalmente son estos aisladores de vidrio y al construirlos se introduce la espiga D, terminada en rosca, y queda perfectamente st.ijeta. Una modificacion de este sistema es la figura 530; suele ser de arcilla y se le fija la espiga T como hemos dicho en el sistema aleman: un taladro R que atraviesa el aislador da paso al alambre de la -línea, que se sostiene sin necesidad de atar. Otra modificacion es la de la figura 13 1, tambien de arcilla, que no es más que el anterior con una ,canal E, -para que el alambre entre á R sin introducirle por la punta; en este caso se ata el alambre, y para esto tiene el soporte una canal S en la parte inferior, por donde pasa el alambre de atar. Este mismo aislador modificado, de la figura 532, es p_ l ano por la parte posterior y se sujeta á la percha con dos tornillos T. , En estos soportes suele ponerse una campana de hierro como se ve en la figura 531, en H, para evitar que el agua moje el aislador y ponga el alambre de la línea en comu-_ nicacion _con la percha. Otros at'sladores.-Se han inventado otros muchos aislatlores, de los que es uno el de la figura 533, que es una pieza de arcilla en forma de dos conos unida por su base y con una canal A, por la que se sujeta el aislador á la percha con una abrazadera de hierro B; un taladro en el eje de la pieza da paso al alambre que forma la línea. Este mismo aislador suele hacerse tambien con una canal lateral, para introducir el alambre sin que haya que entrarle por la punta, y ert tal caso queda semejante al de la figura 534, el cua-1 es de distinta forma, pues los dos conos están unidos por una seccion cerca de su

vértice; se sujetan lo mismo y el alambre entra por la canal C. Tambien es semejante á éste el de la figura 53 5; la forma exterior es próximamente cilíndrica, pero en el interio¡: es la de dos conos unidos cerca de su vértice; un tornillo D que atraviesa el soporte, le sujeta por un lado, y una escárpia H que se introduce en la mad,era de la percha, le sujeta por otro lado; el alambre entra por la canal S al centro. El aislador (fig. 536) puede emplearse de varios modos: colocado en la percha con una abrazadera en la canal R, será el dP. la figura 527, poniéndole el anillo de alambre en C; puesto sobre la base, ya horizontal ó ya verticalmente, sirve para atar el alambre de la línea en los extremos en donde sea necesario, sujetándole, en tal caso, por una espiga introducida en C. Los aisladores todos que hemos indicado se hacen de arcilla barnizada, lo mismo que otros muchos que omitimos por menos importantes. Los aisladores que más modernamente se emplean para soportar los conductores, son de porcel~na á base de kaolin puro; son completamente esmaltados ó barnizados excepto el borde sobre que descansan durante su cochura, que debe pulimentarse con esmero. Se componen generalmente de una campana de porcelana montada sobre una espiga de hierro sólidamente fijada con una mezcla resinosa. Para las líneas que deban estar perfectamente aisladas es preferible emplear los aisladores de doble campana (fig. 53 7) ó de preservador de acet'te (fig. 538 y 539). Para probarlos; se disponen los aisladores boca arriba sobre una tabla provista de varios agujeros, sumergida en una caja de madera forrada de plomo. Se llena esta caja con agua acidulada que pase I centímetro aproximadamente de los bordes de los aisladores, cubiertos antes con una ligera capa de parafina; completamente llenas así de líquido las campanas, al plomo de la caja se une uno de los polos de una pila de 250 elementos Daniel!, y el .otro polo á un hilo conductor cogido por un mango aisladoc se coloca un galvanómetro muy sensible, cuya constartte se haya ya determinado en el circuíto; se sumerge el extremo del hilo sucesivamente en el agua que

712

FÍSlCA . INDUSTRJAL

contiene cada aislador, y las piezas cuya resistencia aisladora sea inferior á 500 meghoms deberán rehusarse. Las figuras 540· y 54r representan dos sistemas de atado empleados para fijar el conductor en el aislador; el primero se aplica á las partes rectas, el segundo á los cambios de direccion. PoLEAs.-Cuando es necesario sujetar los alambres ó darles direccionen ángulo, se emplean poleas de porcelana, arcilla ó cristal, que se colocan en palomillas (fig. 542) ó con un tornillo en el centro, unidas de plano á los muros ó á las perchas; pero si están al aire, es necesario cubrirlas para que el agua no establezca comunicacion del alambre á la percha. La cubierta es un pequeño toldo de chapa de hierro ú otra semejante. Estos aparatos son muy útiles en las líneas, y se aplican en muchos casos; además son de poco precio. COMPARACION DE LOS SOPORTEs.-El alambre de la línea no debe sujetarse á los soportes aisladores, al menos de una manera permanente, porque si al encontrarse con la disminucion de temperatura produce ~n A dos fuerzas iguales y contrarias (fig. 543), será un inconveniente, pero como esto no sucederá por muchas razones, la fuerza mayor vencerá .á la otra y torcerá la percha en su direccion, ó romperá el aislador. Segun esto, los aisladores del sistema aleman y del inglés, en los que el alambre está atado, no son buenos, porque sin embargo de que la atadura se hace floja para que corra el alambre, puede no hacerse así en algun caso, y el aislador se romperá; es, pues, preferible en este concepto el francés. Además, en los aisladores cerrados, es decir, en los que se ha de meter de punta el alambre, como el de la figura 533, por ejemplo, no se pueden reponer si se rompen sin cQrtar el alambre, por esto son preferibles los abiertos, como el francés ó el de la figura 534. Los aisladores del sistema inglés, que necesitan una cubierta para evitar que se mojen, como hemos dicho (fig. 53 r) son . más caros y se tarda más en ponerlos. El sistema francés tampoco es perfecto, pues las orejas q qe sostienen el a1slador se suelen romper, y necesitan tornillos largos;

pero son fáciles de reponer y cuestan poco. Estos inconvenientes los remedian los de las figuras 527 y 536, de modo que son muy buenos y más baratos que los alemanes y los ingleses. Sin embargo, no se puede decir que uno sea mejor que los demás en todos los casos, pues el aleman es á propósits:>, lo mismo que otros de los que hemo~ explicado, para colocarle á la punta de tina percha ó en una traviesa de ella, y el francés no tiene esta ventaja; por lo tanto, en nuestro concepto, hablando en general, es mejor y más barato el francés, sobre todo si se modifica como hemos dicho, pero sin que esto sea decir que no haya circunstancias particulares que hagan preferibles los otros, sino en tpda una línea, por lo menos en alguna parte de ella. CoLOCACION DI:! Los AISLADOREs.-Los aisladores se colocan en los postes directamente, y cuando uno mismo ha de sostener varios alambres, que es lo más común, se cuidará de que estén á la mayor distancia posible, porque de lo contrario, si los alambres se aflojan pueden tocarse, sobre todo si hace aire, y -en tal caso, la corriente pasa de unos á otros. Para que los soportes se encuentren á más distancia y la percha pueda ser algo más baja, se ponen á los dos lados opuestos de ella, y encontrados (fig. 544); de este modo la distancia de los alambres que pasan por A y B, es mucho. mayor que seria si el B estuviera entre A y C, ó si no, para conservar la distancia A B entre los alambres, se necesitaría una percha más alta. Cuando estas son bajas ó las circunstancias lo exijan, suelen ponerse en las perchas unas traviesas de madera ó tes (fig. 545), como A, suj©tas con una abrazadera de hierro'· B, fijada con tornillos y otro C en el centro; encima de esta traviesa, ó debajo, se ponen ·los aisladores, y de este modo hay bastante distancia entre los alambres sin hacer muy larga la percha. COLOCACION DE LOS ALAMBRES.-Dispuestas las perchas con los aisladores, es necesario colocar los alambres. Lo primero para esto es enderezarlos, porque suelen estar en rollos, y para conseguirlo se emplea un aparato (fig. 546) que consiste en dos tornillos ó lla- · ves A, terminadas por un extremo en una trócuia ó polipasto de tres poleas; entre estas

TELEGRAFIA "ELÉCTRICA

71 _',

poleas pasa una cuerda de bastante extension; sola direccion; por encima de esta rueda sale el alambre se sujeta por un extremo y se una espiga cuadrada, que sirve para meter agarra con la llave por el otro; la segunda eu ella el extremo de un manubrio; finalllave agarra el extremo de otro alambre si se mente, la .chapa está cortada hasta su mitad quieren estirar dos á un tiempo, ó se fija en en los dos lados, pero en díreccion opuesta, un punto resistente, y tirando de la cuerda es decir, que tiene una abertura S y otra T que pasa por las poleas se produce una fuerte desde cada uno de los bordes hasta la mitad. traccion que estira el alambre muy bien; esto Este aparato sirve en cualquier sistema para se hace colocando en tierra el alambre al pié dar tension á un trozo de alambre que esté muy de las perchas, y despues se v.a subiendo flojo; para ello, entre. dos perchas se mete el hasta los aisladores y colgándole en ellos. Si aparato en el alambre, que erttrará hasta meson de los sistemas en que es necesario ·atar, dio del eje por B, poniendo el tensor verse va · estirando y atando de una percha á tical; despues se le da vuelta hasta colocarle otra, haciendo que resulte lo más tirante que en la posicíon que marca la figura, y en tal sea posible; si es el sistema francés ú otro en caso el alambre entra por las dos canales S y que no se ata, es necesario colocar aparatos T, hasta que tropieza en su fin; haciendo gipara producir la tension del alambre, que no rar el eje por medio del ma·n ubrio, el alambre se hace más que colgarle en los aisladores. ¡ se enrolla en este eje, y se puede dar la tenTENSORES:-Los aparatos más usados para sían que se quiera, pues el corchete R perproducir la _tensíon son de dos clases: uno mitirá al eje enrollar el alambre, pero no dessencillo, consiste (fi.g. 54 7) en una ba_rra de enrollarle. hierro A, terminada en cada uno de sus exEs ev-idente que el aparato se deja en la lítremos en dos brazos, entre los cuales hay nea, para lo cual est_á galvanizado, y no se un cilindro B en el que se enrolla el alambre oxida con la humedad. Es un tensor que, bien por medio de un manubrio que entra en el construido, puede usarse en los sistemas que boton C, al que va unida una rueda dentada no llevan ninguno, pero se debe sin embargo H, so'stenida por un corchete P, que permite procurar por otros medies que no sea neceá la rueda girar en una direccion pero no en sario, pues además del coste y peso, puede la con;;raria; este aparato se coloca en una de fácilmente romper el alambre. la-s perchas D unido á lá pie"za S aisladora, de Nunos.-Cuando hay que sujetar el extreporcelana ó de arcilla, y más generalrµente mo de un alambre al fin de una línea ó enfija en un aislador de porcelana A (fig. 548), trada de una estacion, -se le dan dos ó tres que sostiene el tensor C en un anillo B donde vueltas en el aislador A (fig. 550) y despues entra una barrita de hierro que sostiene unido se retuerce la punta, enrollándola en el alamcon clavos ó tornillos los dos extremos del bre tendido. Si se ha de unir un alambre á a_parato. Como son metálicos, sirven para que otro de línea, por ejemplo para hacerle enpor ellos pase la corriente, y no necesitan trar en una estacion intermedia, se enrolla su otra comunicacion los extremos del alambre. extremo al alambre que está tendido (fig. 551) Suelen llamar á estos aisladores cabe1as de y el contacto se hace bien, que es en este caso muerto, y están colocados á distancia de un lo necesario más que la firmeza del nudo. kilómetro proximamente. Cuando hay que hacer empalmes en la líOtro aparafo tensor, usado en Bélgica es el nea, es necesario qüe el contacto esté bien de la figura 549. Consiste en un~ plancha de establecido y que la union resista á todo el hierro A doblada, pero sin unirse en B; esfuerzo que la traccion y la diferencia de loneje C atraviesa entre el espacio que resulta gitud del alambre con la temperatura puedan en la plancha, y está partido hasta su mitad ejercer, siendo tambíen necesario que se haga con un canal de igual ancho que el B; en el el empalme facilmente. lado opuesto de este canal, y por la parte exDe dos modos se hacen estos empalmes: el terior, está unido el eje á la rueda dentada D, más usado es (fig. 552) sobreponer los extrecuyos dientes enganchan en el corchete ó gamos del alambre y ~espues enrollar cada uno tillo R, permitiendo al eje que gire en una de estos extremos sobre el alambre contrario;

FÍSICA, IND

T. II.-90

FÍSICA INDUSTRIAL

este empalme se hace fácilmente agarrando de este modo se sujetan á las paredes ó á unas los dos alambres sobreppestos c.on una tenaza tablas dispuestas al efecto, hasta que llegan A (fig. 553), que tiené las hendiduras B para á unirse con los de la línea en las ataduras poder sujetar bien, y despues _con la pieza C extremas, donde se ponen bien en contacto se enrolla el alambre, introduciendo su punta los dos, quitando la cubierta del aislado. Para en los agujeros_S, y sirviendo C de palanca. estos mismos usos, ó cuando hay que at_ra. El otro empalme se hace sobrepo11iendo los vesar una arboleda, en que las ramas .pueden extremos del alambr e (fig. 554), y torciendo poner el alambre en comunicacion con el des pues los dos juntos, para cuya operacion suelo si no está aislado, ó tambien cuando ha se emplean dos llaves ó tornillos como los de de pasar por sitios muy húmedos, se le cubre la figura 546, pero ~in las tróculas ; con una de gutapercha, empleando para ello alambres se sujetan los dos alambrE1_s por el extremo de cobre de 1 ' / . milímetros de diámetro. del uno, y con la otra se sujetan tambien los Estos alambres de ben usarse en todos los dos por el extremo del otro y se va retorcien- casos en que por cualquier causa pueda estado. Los dos empalmes son igualmente bue- blecerse cornunicacion de la línea al suelo, y nos y firmes y muy fáciles de hacer. no sean los soportes aisladores suficiente obsEstos empalmes· se emplean cuando los hi- táculo para ello; pero como su precio es malos tienen poco diámetro. Para los conducto- . yor, se de be economizar en los casos que no res de seccion media se emplea una de las sea necesario. disposiciones indicadas por las fig. 555 y 556. Construccion de las líneas subterráneas. El contacto metálico de los dos hilos queda más asegurado con soldaduras. En la canalizacion eléctrica por el interior La figura 557 representa un empalme con m:rnguito, muy preferible á los anteriores, de las poblaciones, es á veces materialmente particularmente si se quiere empalmar los ex- imposible establecer la línea aérea y se la tremos de dos hilos metálicos. El manguito debe hacer subterránea. Los alambres que se emplean están cubieres de bronce y tiene la forma de un tubo aplatos de gutapercha, y se colocan en el interior nado por el cual pasan los cabos de los hilos de tubos de barro ó plomo, ó s~ cubren de bien estañados antes. Se les sujeta por medio de una empulga- mortero ó ladrillo. Se suele mezclar la gutadura practicada á cada extremo del manguito percha que cubre los alambres, para este ob- _ cogida por el hilo en forma de gancho. El jeto, con una substancia. venenosa, arsénico empalme de los _dos hilos se hace con la sol- por ejemplo, para perservarla de los topos y dadura (dos partes de estaño por una parte de ratas que se la comen, pero como es fácil preplomó) que se vierte por una abertura prac- ver, esta substancia envenenará á las ratas, pero no evitará que se _coman la cubierta, y ticada en la parte aplanada del manguito. dejen los alambres de estar aislados; -por esto, Las partes del hilo que puedan estar en contacto con las ramas de los árboles, se las precisamente es necesario que la cubierta sea cubre con una cinta alquitranada ó un forro de tubos, donde se preserven completamente los alambres. de cauchú, y así no se pierde la corriente. Se ha propuesto ~olocarlos en cajas de maDurante la colocacion de la línea se dará á los conductores la tension suficiente para que dera, formadas haciendo en un listan grueso una canal en donde se colocan los alambres su flecha no sea considerable. ALAMBRES AISLAoos.-En las ·entradas de las cubiertos de gutapercha, y además envueltos estacione~, cuE-ndo los alambres tienen que en estopa ó paños embreados, tapando con atravesar paredes ó estar en contacto con ellas, una tabla clavada ó atada, y todo embreado es necesario aislarlos, como tambien los que po·r el interior. Este sistema es muy caro y se sirven en la misma estacion para poner unos le podrá emplear en pocas extensiones. Erckaparatos en comunicacion con otros. Los mann construyó cables compuestos de varios r • alambres, que son de cobre para estos usos, alambres, que disponia . del modo siguiente se aislan cubriéndolos de seda ó algodon, y (figura 558): el centro . A está formado con

TELEGRAFIA ELECTRICA

discos de carton ó pasta de paja, los cuales tienen en su circunferencia unas canales en donde entran los alambres de cobre B, y el todo está cubierto con una capa de gutapercha C; estos cables constan dé un número cualquiera de alambres, de 4 á" I 2, y la figura representa la seccion en tamaño natural del de 12. CANALIZACION EmssoN . - Las canalizaciones subterráneas de Edisson se componen de tubos de hierro que contienen dos barras de cobre semi-cilíndricas, una para la ida y otra para la vuelta. Estas bar~as están separadas entr.e sí y de las paredes del tubo, por discos de carton; el espacio intermedio que queda, se ocupa con una materia aisladora sólida en frío. Para distribuir tres conductores·, cada tubo contiene tres barras de cobre redondas; á cada una dé ellas está enrollada separadamente una cuerda formando grandes es.pirales (fig. 559); las .tres barras se reunen por medio de una cuarta cuerda, y el conjunto se introduce en un tubo de hierro que se llena luego con un líquido aislador calitmte. Los tubos tienen unos 6 metros de largo y las barras de cobre sobresalen de los extremos 5 ó 6 centímetros. Par~ unir los cónductores de dos tubos sucesivos, se emplea la pieza ··representada (figura 560), compuesta de una cuerda flexible, bien trenzada con hilos ele cobre, provistos de dos duelas, para introducir en ellas los extremos de las barras de cobre que . se juntan. Antes de empalmar· las barras de cobre se adapta al ·e xtremo de cada uno de los dos tu. bos una rótula de fundicion, en .dos partes (figura 361), cerrada por me.dio de orejas y tqtnillos; entonces se colocan estas rótulas en . las cavidades correspondientes de la caja (figura 362), cuya mitad inferior se habrá colocado en el'fondo de la zanja. Una vez hechos los empalmes, se atornilla la tapa y se llena el hueco interior vertiendo aislador fundido por los orificios de ésta, cerrándolos luego con tapones de rosca. Este sistema de union produce suficiente flexibilidad á 'la canalizacion para asegurar· una colÓcacion rápida por las calles en cuyo subsuelo haya ya canalizaciones de agua y gas, que no conviene dejar mucho tiempo al descubierto. - Para los cambios bruscos de direccion se

emplean cajas de 1.mfon acodadas cuyo principio es el mismo. : CANALIZACION DELANY :-En el cable Delany (figura 563) los conductores están aislados por discos de vidrio ó de porcelana cuyos huecos se llenan luego con betun. La forma de estos discos -permite curvar ligeramente el tubo sin que las distancias relativas de los conductores queden modificadas. Los cables cuyo conductor esté formado por una cuerda de alambre de cobre son mucho más flexibles que los conductores llenos; además, como se les puede fabricar en longitudes considerables, esto hace que se reduzca de un modo considerable tambien el número de uniones; por esto es más frecuente su empleo que los tubos rígidos. Estos cables se componen generalmente de una cuerda· de alambre de cobre cubierta con una capa aisladora, resguardada por una envolvente exterior de metal ó de asfalto. La gutapercha y el cauchú son los mejores aisladores que se conocen; la primera es muy ccmveniente para cables que debali permane.:. cer en el agua (líneas submarinas ó sub-fluviales); para las líneas subterráneas ó que deban estar expuestas al aire, se prefiere .el cauchú, que resiste mejor que la gutapercha los cambios de sequedad y de humedad de la atmósfera. Como el ca uchú vulcanizado ataca el cobre, se procura estañar los hilos que componen la cuerda y darles la primera· capa aisladora con cauchú puro; las capas siguientes, hasta dos ó tres, son de cauchú vulcanizado. El aislador se resguarda eón una capa de algodon ó de cáñamo sobre la cual se aplica un revestimiento de asfalto ó de plomo. Cuando estos cables deban instalarse en el subsuelo de las calles, se les debe poner al abrigo de los accidentes exteriores, cubriéndolos con obra de fábrica, con asfalto ó con madera. ,La figura 564 representa esta última disposicion, que no' es tan costosa como las otras y se la puede considerar suficiente en la ma yoria de los casos. Si los cables se colocan directamente en el suelo, se les debía armar, para lo cual se cubre el plomo con una capa de yute alquitranado y sobre él se aplica una armadura formada por hélices de hilos ó cintas de hierro que se toquen, enrolladas sin presion sobre la

FÍSICA INDUSTRIAL

capa· de yute. Para evitar la oxidacion del corrientes alternativas y poder suprimir los hierro, se reviste el cable con una capa de efectos de induccion en los conductores contiguos y en la envolvente metálica del cable yute impregnada de betun. Se reduce mucho el precio de los cables en sí. Como, para una rriisma seccion de cosustituyendo el cauchú por otras materias ais- bre, el precio de este cable es menor que el de los dos cables que sustituye, se le adopta ladoras. El procedimiento Berthond-Borel consiste igualmente para distribuir las corrientes conen cubrir el alma dei cable con varias capas tinuas. Tambien se construyen de tres conde algodon, sumergiéndole luego en un baño ductores concéntricos. Mas, con esta dispoque contenga _la materia aisladora (dieléctri- s1cion, es fácil se descompongan con má.s ca), cuya ·temperatura se mantiene á unos frecuencia, y result~n las reparaciones más delicadas y más costosas que en los cables de 200 grados. Se deja así el cable en el baño el tiempo suficiente para que pierda toda la hu- un solo conductor. Las uniones y ramificaciomedad y se le impregna de la materia aisla- nes son tam bien más difíciles de ejecutar. UNIONEs.-Sea cual fuere el sistema de cadora. que se adopte, la preparacion de las unioble plomo de cubre le Al salir de la caldera se por el procedimiento siguiante, que le ase- nes entre longitudes sucesivas de una misma gura una adherencia completa con el dieléc- . línea y las de los ramales, exige cuidados muy trico. Se pone un depósito que contenga plo- particulares. La disposicion representada por la fig. 567 mo á temperatura conveniente en comunicacion con el cilindro de una prensa hidráulica. cumple muy bien con el objeto propuesto. Una vez preparados los cabos que deben Se introduce el cable lateralmente al nivel de la masa de plomo y sale á través de una hi- soldarse, para obtener la forma indicada en lera, de diámetro calculado, para que [ase un la figura, y practicado el empalme de las dos espesor de plomo determinado. Se tila hori- cuerdas, se cubren los dos conductores con un zontalmente el cable al exterior y, expelido alambre de cobre bien apretado y se suelda el plomo por el pisten de la prensa, forma la junta. Para limpiar ó quitar el cardenillo alrededor del cable como una vaina ó envol- al cobre se emplea la resina ó la parafina, con vente que se solidifica al salir de la hilera. exclusion de cualquier sal ácida. Abierta la caja y colocada en el fondo de Para que esta capa sea completamente impermeable á la humedad, si al pasar el cable por la zanja, se coloca el cable, y se colocan las la hilera se han producido desigualdades, cuatro correderas g destinadas á mantenerle Berthond-Borel le cubre con dos envolventes en su sitio. El hueco central A se llena comde plomo separadas entre sí por una. ligera pletamente de substancia aisladora, licuada á ~oo grados; los espacios C y C' se llenan de capa de resina. La figura 565 representa la seccion de un brea grasa. Colocada la tapa H y las dos clatipo de cable fabricado por la casa Siemens y vijas D para fijarla, se completa la junta verHalske por un procedimiento análogo al an- . tiendo más brea grasa sobre la tapa para lleterior, y cuya envolvente de plomo está pro- nar completamente el espacio E. Si la éanalizacion subterránea es muy extegida por dos hélices de hierro de espirales sobrepuestas, y la oxidacion de éste lo está tensa se la divide en varias secciones para poder así facilitar la busca de los defectos que por una capa de yute alquitranado. El hilo fino representado en la seccion de puedan ocurrir durante la explotacion. Con este objeto se emplean cajas metálicas este cable, está aislado del conductor principal y sirve como hilo de retorno para medir en cuyo interior se colocan los conductores la diferencia de potencial en un punto deter- desnudos haciendo que se les pueda separar fácilmente unos de otros; la figura 568repreminado de la red. Los dos cables de ida y de retorno se susti- senta una de estas cajas. Las puntas de los catuyen á veces por un cable único que con- bles se preparan como antes hemos indicado y se les reviste cq_n un forro de ebonita que se tenga los dos conductores (fig. 566). Se ideó esta disposición para distribuir las llena de parafina fundida en el instante de ins-

. TELEGRAFIA ELÉCTRICA

talarles; entonces es cuando se les coloca en la caja y se unen los conductores entre sí por medió de un .fuerte tornillo de presion fijo á una placa de pizarra ó de ebonita. Los espacios B se llenan de brea fundida y se cierran con las tapas C sobre las cuales se vierte más brea. Asi se evita que se introduzca el aire ó la humedad en el espacio D. La tapa H de la caja se fija con cuatro tornillos; la juntura se hace hermética por medio de la rodela de cautchúc E. Siempre que una derivacion importante deba arrancar de la canalizacion principal, en · el punto derivado se coloca una de estas cajas · de inspeccion. Para derivaciones de menor importanéia ba_sta emplear 'una caja como la de la fig. 569 ó caja de union simple, semejante á la ya descrita. Las figura~ 570, 571 y 572 represer:tan las cajas de union Siemens y Halske. En el modelo de la figura 570, que se aplica á los cables de un solo conductor eón hilo de retorno, los eonductores están des·nudos, empalmados por los extremos y mantenidos por medio de un manguito de dos partes retenidas con tornillos. La parte desnuda del conductor, exteriormente al empalme, está forrada de cautchúc para que la humedad no penetre en la capa aisladora. Las dos partes de la caja tienen doble pared; cada uno de los extremos del cable está cubierto con yute alquitranado, que constituye una union hermética. Terminada la union, se juntan las dos mitades de la caja con pernos, y el hueco comprendido entre las dos paredes, así como tambien el interior de la caja se llenan de aislador fundido. La figura 571 representa un modelo de caja de union para cable de dos conductores, y la figura 572 una pieza en forma de T para ramales en cable de dos conductores. Se ha propuesto sustituir los cables aislados por concluctores de cobre desnudo colocados en soportes aisladores en un conducto de albañilería ó de fundicion. L.a fig. 573 representa la disposicion Crompton. Las campanas aisladoras están fijas al f-ondo del conducto. El conductor se compone de una ó varias cintas sobrepuestas de cobre, de 5 á 6 milímetros de grueso y de 30 á 40 milímetros de ancho, mantenidas con horquillas entregadas en la cabeza del aislador de doble

campana. El número de cintas sobrepuestas depende de la seccion que deba tener el conductor. Los soportes están espaciados á un máximo de 1 á 1'50 metros. La flecha de flexion se gradua con aparatos tensores colocados de distancia en distancia. Con esta disposicion, es fácil aumentar la seccion de los conductores segun convenga al consumo; basta para ello añadir otra cinta de cobre, cuya operacion 'se hace sin necesidad de abrir la zanja, por medio de un carro que corre por el eje del conducto arrastrando consigo la cinta de cobre que se añade (figura 574). Como en las canalizaciones importantes, únicas á las cuales se aplica ventajosamente este sistema, es necesario dejar miras para el ensayo de las conducciones y los cambios de ramal, se limita el trayecto del carro y así se efectua todo sin la menor dificultad. Al establecer el conducto para los conductores, se dejan unos orificios en los puntos bajos para evacuar las aguas procedentes de las filtraciones del suelo. Este sistema de canalizacion es muy reciente, y no pueden asegurarse aun sus resultados, atendidas las pocas aplicaciones que de él se han hecho hasta el dia. Para-rayos telegráficos.

Si una descarga eléctrica qe la atmósfera cae sobre el alambre de la línea y llega á los aparatos telegráficos, aunque en general llegará muy .debilitada, porque tiene bastantes puntos donde perderse al recorrer el alambre, producirá, sin embargo, la fusion de los alambres que forman los diferentes electroimanes, por poco fuerte que sea, ó por lo menos quemará las sedas que los aislan, destruyen- . do, por tanto, los aparatos. Las auroras boreales perturban notablemente tam bien las transmisiones telegráficas. Por ejemplo, el 29 de Arro to de r 59, durante uno de estos fenómenos, los timbres de las estaciones, en Francia y en Bélgica, se pusieron durante mucho tiempo en movimiento, interrumpiéndose lo despachos por el paso de corrientes intermitentes que cambiaron varias veces de sentido, manifestándose particularmente en las líneas dirigidas de arte á Sud y en las más largas. Los empleado re-

FÍSICA INDUSTRIAL --

cibieron varias conmociones y observaron sí, pero no con el eje, para lo cual hay un cique salian chispas de los hilos. lindro de madera entre éste y las lengüetas. En ciertos países, en Inglaterra por ejemplo, Siguen después dos piezas metálicas F y· G, se instala encada poste un pequeño para-rayos, que tienen un lado cortado en puntas, y están y cuando el tiempo se presenta tempestuoso, se astos lados uno en frente de otro. Hay más pone en comunicacion el hilo de la línea con el abajo un tubo J K, por el que pasa u·n alamsuelo en todas las estaciones. Pero, al obrar bre 'muy delgado cubierto de seda, sostenido así, ya no puede funcionar el telégrafo; y esto en dos piezas H y O por medio de tornillos. se evita con los para-rayos imaginados por Debajo de este tubo hay un boton L, al que Stenheil. se ·une el alambre de la línea; otro T, que es Los para-rayos, en general, tienen varias para un alambre que desde el para-rayo comuformas, y la figura 575 representa uno de ellos nica directamente con la tierra; y otro A el alambre de la línea, antes de entrar en los donde s_e sujeta el alambre de los aparatos de diferentes aparatos de la estacio·p., llega albo- transmision: Todas estas piezas están un.idas ten A, el cual comunica con un alambre más por medio de conductores colocacios detrás delg&do que el de los carretes ó bobinas de de la tabla, los cuales se marc'an en la figura los diferentes electro-imanes que la corriente de la derecha, indicándose con las mismas leha de atravesar; este alambre está colocado tras iguales puntos. El eje N se mueve con el de.n.tro de un tubito de cristal que le aisla manubrio E para -poner las lengüetas D, By completamente, y por él llega la corriente al C encima de las piezas metálicas V, X, R, S, boton B unido al alambre que entra en el ma.: que comunican con los conductores. Finalnipulador. En comunicacion con el boton A mente, el manubrio al girar se pone encima hay una pieza metálica, que es una chapita C de unas planchitas en que está escrito con de laton, terminada en uno de sus lados en para-rayo C P, tierra T, ó sin para-rayo S P. forma de dientes de sierra, y delante de éstos En la posicion que marca la figura, el manuhay otros de otra chapita igual O, que está brio indica tierra, es decir, que el alambre de unida al boton E, en el cual se fija un alam- la línea está en comunicacion directa con la bre grueso en comunicacion con la tierra. Si tierra por el del aparato. En efecto, el camino se produce una descarga, las puntas de la pie- que seguirá el flúido eléctrico de una desear- ~ za O harán salir electricidad que neutraliza la ga que reciba el alambre de línea será, desde que trae el alambre, pero una vez llegado er L á N, R, F, Z y T, al alambre unido al·apaflúido restante al botob A, se reparte, y mar- rato, por el que pasará al perderse al depósito cha una porcion por el alambra delgado; A B común. Si se mueve el eje para que marque si este flúido es en mucha cantidad, funde con para-rayo, la lengüeta D se pone sobre V, el A By se rompe la comunicacion con el bola B sobre X y la C sobre S, en cuyo caso, la ten B, de modo que los aparatos telegráficos descarga que viene por la línea á L, pasa al no reciben la descarga; si no es bastante el ej.e N, que, como está solo en comunicacion flúido para fundir este alambre delgado, tam- con B, da paso á la corriente por X á la pieza .poco lo será para fundir otro más grueso y G, y de ésta por H ,ál ·alambre JK, Y. después mejor conductor, que será el de los electro- . por O á V, pasando por la lengüeta D á la C; imanes de los apara tos telegráficos, de modo que está unida á ella, y por último, por S y que no habrá peligro; el resto del flúido que . A entra en los aparatos de comunicácion. Al no puede pasar por A B, ó todo, cuando este pasar esta descarga por G, · atrae desde la alambre se funde, marcha por las puntas de tierra, por T y la pieza F, flúido contrario C á la pieza D y de aquí á la tierra. que la neutraliza, y si esto no basta y llega al PARA-RAYO STHENEIL-La figura 576 le re- alambre J K mucho flúido, funde este alampresenta. Sobre una tabla que se coloca ver- bre y no puede entrar en. los aparatos, martical, sujeta con tornillos, está montado el chándose por el soporte Z del tubo J K y por aparato, que se compone de un eje metálico T á la tierra. Si el flúido no funde el alambre N en comunicacion con una lengüeta B, y J K, y quema la seda, pone este alambre en unido á otr~s dos C y D que comunican entre comunicacion con el . tubo J K, de modo que

TELEGRAFIA ELECTRICA

el . flúido marcha por Z á la tierra. Si la des- drá producir daño, pues ha pasado el alambre carga no quema la seda, importa poco que de A, más delgado que el de éstos, sin propase á los aparatos, porque no tendrá •fuerza ducirle. para destruirlos. ,El mismo camino que hemos_ p ARA,-RA YO BIANCHI. - La corriente de la marcado á la descarga eléctrica es el de la línea/ j' atraviesa una bola de metal (fig. 578) corriente que viene _por la linea, de modo que fija al centro de un globo de vidrio, compuesto las comunicaciones no están interrumpidas. de dos par-tes unidas con un anillo de metal Si el manubrio se mueve mar~ando st'n para- provisto i~teriormente de-largas puntas que rayo, la lengüeta B pasa á S y la D á X, pero casi tocan á la bola ; y comunican con el suelo la C no toca á ningun conductor, en cuyo por la espiga t. Lá llave r permite practicar caso· la corriente de transmision llega por L á el vacio. La corriente de la pila no va á las N, desde donde pasa por la lengüeta B á S y puntas, pero sí la electricida.d de tension sude aquí por A á los aparatos;_ de este modo ministradi:i por la atmósfera á través del vano pasa por las planchas F y G, en las que cio, y de _al!í v.a al suelo. se debilita con las puntas y con el flúido conEn vez de hacer el vacio, Marson moja las trario que sale por ellas; ni tampoco pasa por puntas con alcohol de 40 grados, para aislar el alambre J K, , que, com_o es muy delgado, las corrientes de las pilas; idea que se aplicó hace perder intensidad á la corriente. Debe _ con muy buenos resultados por Po1:1get-Maiadvertirse que la electricidad dinámica ó pc;ir sonneuve. corriente, no sale como la estática por las PARA-RAYO THOMSON-HovsTON. -Se compuntas, pues su tension es débil para ello. pone (fig. 579) de dos piezas metálicas aislaOtro para-rayo que usaban los inglese~ está das colocadas á corta distancia una de otra representado en la figura 577. Se compone de - (en general r milímetro), una de las cuales un carrete A, al que está enrollado un a:lam- forma parte de la línea y la otra está en cobre de cobre un poco más, delgado que los m unicacion con el suelo. Como la duracion alambres que forman los electro-imanes de de la descarga atmosférica es insignificante, los demás aparatos; á este alambre entra la la fuerza electro-motriz de self-induccion que corriente por B y sale por C, de modo que de ello resulta, es -bastante elevada para de- -forma parte del circuíto; rodea al carrete A, terminar la formacion de un arco voltaico que debe ser de madera ó marfil, un cilindro entre las dos placas del para-rayo. El coefiD metálico, _en comunicacion con la tierra ciente de self-induccion de la línea se aupor medio del alambre grueso de cobre H, y menta intercalando eñ el circuíto un soleestá terminado el cilindro en R y S por cuer- noide, cuya resistencia sea suficientemente pos ma~os conductores, como madera ó mar- débil para que no haya pérdida apreciable de fil. Tiene, además, el aparato unas puntas ~nergia en marcha normal, y al cual se da un en Ty N para que el flúido salga con facili- coeficiente de self-induccion bastante elevadad por las T al cilindro D, y por las N á una da, introduciéndole un alma de hierro dulce. chapa de cobre aislada del alambre C, la cual Si las máquinas son de alto potencial, el sirve de apoyo al ¡,warato. En P hay tambien arco engendrado por el rayo entre las dos uno ó dos discos terminados eh puntas, uni- placas del para-rayo, podrá subsistir bajo la dos al conductor B C. Si hay ·alguna de?car- accion de la corriente de la línea. ga, el flúido pasa al cilindro D por las puntas · El hilo· de línea está unido á L, el hilo de T y P, y de aquí á la tierra por H, y si queda tierra á T . Imantada el alma del solenoide todavía algo, por N tambien á la tierra; si por la corriente de la má quina, el arco voltodo el flúido que viene por B no pasa al ci- táico que haya podido formarse entre las lindro, llega al carrete A y tiene que atrave- partes contiguas de las piezas L y T 1 será resar el alambre delgado, que se fundirá inter- pelido h ácia la parte superior por el polo S rumpiendo la corriente y no llegará á los del electro-imán y quedará interrumpido inaparatos, ó si no les funde po¡.- tener poca inmediatamente. tensidad, no habrá inconveniente en que pase - Este aparato se coloca· muy cerca de cada _á los alall}bres de los aparatos, porque no po- uno de los 'polos del aparato que se preserv e.

FÍSICA INDUSTRIAL

Aplicaciones de la telegrafía eléctrica.

Los telégrafos eléctricos, que tantos servicios prestan á las varias administraciones y á las relaciones comerciales, los prestan igualmente y muy importantes á la ciencia. La . meteorología ha sabido sacar mucho partido de ellqs, como veremos al tratar de esta parte de la ciencia .. Se les utiliza tam bien para transmitir á los puertos de mar la hora exacta del meridiano principal, para que los capitanes de los buques puedan retocar sus cronómetros sin necesidad de abandom1r ~l puerto. Los astrónomos utilizan el telégrafo para determinar longitudes; aplicacion importante iniciada en América y repetida en Europa por Airy y Quetelet; con ella se evalua la diferencia de longitud de los observatorios de Greenwich y de Bruselas. EL método consiste en lanzar de uno de los observatorios, á una hora bien determinada, una corriente hácia el observatorio opuesto, con la cual se desvía en éste una aguja imantada y se observa, en el mismo instante, La hora exacta. Si la electricidad se transmite instantáneamente, la diferencia de horas dará la de las longitudes; mas como no sea así, se repiten los experimentos haciendo pasar la corriente en sentido contrario. De este modo, no habrá error tomando la media de las diferencias · de horas, por cuanto dicho error influye alternativamente en la máxima y en la mínima de las horas, aumentadas ambas con el tiempo que emplea la electricidad en salvar la distancia. Con un gran número de observaciones, la diferencia de longitud entre los observatorios de Lóndres y de Bruselas fué de 17'28''9 valor idéntico al deducido de las observaciones del eclipse de sol del 15 mayo de 1856. Después siguieron otras muchas observaciones, con un aparato telegráfico especial, con el objeto de determinar la diferencia de longitud de los observatorios de Greenwich y de París. APLICACIONES A Lús FERROCARRILEs.-En los ferrocarriles, el telégrafo eléctrico sirve para anunciar la llegada de los trenes en marcha, particularmente los especiales, que circulan á horas imprevistas. Independientemente de este empleo constante, sirven en algunas líneas para hacer señales en los puntos más conve-

nientes, con el objeto de aumentar la seguri- , dad de los trenes, como vamos á ver. Telégrafos portátiles,_:Citaremos en primer lugar los telégrafos instalados en cada tren con una pila, con los cuales el conductor se pone en cornunicacion, en caso de accidente, con las dos estaciones, entre las cuales s0 encuentre. Para ello, hace parar el tren, engancha uno de los cabos del alambre del aparato á un hilo aéreo destinado á este objeto, y hace comunicar el otro extremo con el suelo por las ruedas del vagan. La corriente se bifurca y hace funcionar los aparatos de las dos estaciones más próximas. Breguet construye con este objeto un telégrafo de cuadrante encerrado en una caja que contiene además 18 pares Daniell, y cuyas .dimensiones son, 47 centímetros de largo, 37 de alto y 27 de ancho. Hipp construy~ un pequeño aparato Morse que, con su pila, está encerrado en una caja de 25 centímetros de largo, por IO de alto y 15 de ancho. Discos-señales.-En vez de los discos que se acostumbra in~talar cerca de las estaciones, coloca Tyer un sistema de señales eléctricas situadas en el mismo tren. A una distancia de 500 á 1,000 metros de la estacion, se establecen entre los rails unas placas de hierro at'sladas que forman los extremos de un circuito que pasa por la estacion. Dos resortes suspendidos en la locomotora y unidos por el hilo del receptor que lleva, apoyan al pasar, en estas placas y cierran el circuíto, eI?, cuyo instante, el receptor de la locomotora indica si está libre la via ó nó. Este receptor comprende un imán, que se inclina de modo que indica la señal de marcha ó de paro, segun el sentido que se dé á la corriente, por medio de un conmutador situado en la estacion. Por medio de un gatillo· de resorte se hace que l(señal subsista después del paso del tren por las placas. Al propio tiempo, en el momento de cerrarse el circuito, funciona un receptor situado en la estacion, é indica la llegada del tren. Este receptor está provisto igualmente de un sistema especial que permite la subsistencia de · la señal aunque esté abierto el circuito. Este sistema ha recibido varios perfeccionamientos. La idea de cerrar circuítos emplean-

TELEGRAFIA ELECTRICA do placas de hierro situadas de distancia en distancia, la aplicó Moncel á un sistema automático de señales, es decir, que funcionaba sin intervencion de los empleados. Marqfoy, en vez de hacer funcionar los discos-señales emplazados ante~ de las estaciones, por medio de alambres muy largos, utiliza la corriente eléctric.a que, lanzada desde la estacion, hace móvil por un electro-imán, un movimiento de relojería, que hace girar de 180 grados el disco. Al propio tiempo, un excéntrico que se adapta al árbol ó soporte del disco, cierra un circuíto que inclina una aguja de la estacion, demostrando con esto que la señal se ha hecho. Son muchas las líneas extranjeras que instalan un alambre telegráfico del disco á la estacion pasando por un aparato de alarma, sistema Miraud, que suena constantemente cuando, indicando el disco la señal de paro, cierra el circuíto. St"lvato electro-automotor. -In útiles serian cuantas precauciones se tomasen para tener la seguridad de la buena disposicion de un disco, si el maq_uinista y fogonero de la locomotora no pudiesen percibirle claramente, como suele acontecer á causa de la niebla, la nieve, las tempestades, etc. Entorices es cuando el silvato auto-motor de Lartigues podrá prestar servicios muy estimables. Este aparato, que se instala en la locomotora, lleva un silvato de vapor V (fig. 580), que funciona cuando la válvulas se abre al bajar la palanca en. La posicion habitual de esta palanca es encontrarse levantada por la palanca O t mantenida por la atraccion del electro-imán Hughes E A. El hilo del electro-imán tiene un extremo que comunica con el suelo, y el otro con una escobilla metálica situada debajo de la locomotora, que, á cierta distancia del disco, choca coh una pieza de madera de 2 metros de largo, fija longitudinalmente entre los· rails. A esta pieza se la llama cocodrt"lo ó la-

FÍSICA IND.

721

garto á causa de su forma; está revestida con una placa de cobre aislada del suelo, y se pone en comunicacion con el polo positivo de una pila ~l indicar el disco la señal de paro. Entonces' la corriente pasa por el hilo del electro E, neutraliza la accion del imán A, el resorte r hace bajar las palancas O t y C n, la válvula s se abre y se produce el silvido que indica la necesidad de paro del tren. Ejerciendo presion en el manubrio M, se hace subir la palanca C n, la válvula s se cierra, y se pone . t en contacto con el electro-imán. Este sistema funciona con muy buenos resultados. Cuando el disco comunica con la estacion por medio del hilo de un aparato de alarma, se utiliza este hilo y la pila de la estacion para hacer funcionar el aparato. De no ser así, se instala una pila especial al pié del disco. ÜPERACIONES MILITARES.-La telegrafía eléctrica se aplica parn transmitir órdenes sobre el terreno, para establecer comunicaciones entre varios cuerpos del ejército. Los primeros ensayos se hicieron durante la guerra de Italia en 1859. Se instalaron los hilos en postes hincados libremente, y los aparatos estaban contenidos en cajas de fácil transporte. Trouvé simplifica la instalacion rápida em·pleando un doble hilo enrollado en una bobina llevada por un peaton en forma de mochila, con una pila, que se desarrolla á medida que va marchando el peaton. Este doble hilo está cubierto de gutapercha y se extiende sobre el suelo, que no forma parte del circuíto, por la dificultad de encontrar, casi siempre, un terreno suficientemente húmedo para recibir las placas de comunicacion. A veces se emplea como receptor un sistema muy sencillo, consistente en un electro contenido en una caja de algunos centímetros de diámetro, sobre el cual bate un contacto al pasar la corriente. Unos choques simples ó dobles, combinados, representan las signos de Morse.

CAPÍTULO XV Timbres ó campanillas eléctricas. - Indicadores automáticos. Relojes eléctricos.

TIMBRES ELÉCTRICOS

ENTAJAS DE LOS TIMBRES ELECTRl_COS.-Las campanillas constituyen ciertamente la aplicacion doméstica más extendida de la electricidad, por ser de fácil instalacion, obtenerse con poco coste y ser la que da mejores resultados. Así pues describiremos con algunos detalles todo cuanto se refiera á esta cuestion. CAMPANILLAS TEMBLONAS.-Las campanillas eléctricas se componen ordinariamente de un electro-imán E de herradura (fig. 581) y . de una armadura de hierro dulce A., cuya espiga forma resorte que la mantiene separada del electro y en contacto con un resorte R. La corriente entra por el borne C, atraviesa el electro-imán, la armadura, y vuelve á la pila por el resorte R y el borne Z. El hierro dulce del electro atrae inmediatamente la armadura A, con lo cual se interrumpe el circuí to entre A y R; cesando de pasar la corriente, la armadura A vuelve á su primera posicion y restablece el contacto con R. Así, la armadura continuará oscilando entre ·el resorte R y el electro mientras pase la corriente por el aparato, y cada vez que se aproxime al electro, el martillo m con que termina, chocará con el tinJbre, produciendo un sonido. Esta forma se emplea cuando se la instale

sobre un mueble ó sobre una mesa; sin em~ bargo, es preferible colgar la campanilla en las paredes (fig. 582), sin que por esto cambie para nada ninguno de sus órganos ·esenciales. Observaremos tan solo que la internípcion ya no se hace del mismo modo. El resorte que hemos llamado R está fijo á la armaµ.ura A y toca la punta de un tornillo situado lateralme~te que comunica con el hilo· de retorno. Entre el resorte y la punta del tornillo es en donde se· produce la interrupcion cada vez que la armadura se aproxima al' electro. El tornillo debe 'introducirse hasta que apoye suficientemente en el resorte~ En los modelos bien construidos se acostumbra montar hoy día todos los órganos sobre una misma placa de metal, .y el tornillo se mantiene bien apretado con una contratuerca; con lo cual no es fácil se descomponga ninguno de los órganos y es así grandela duracion del aparato. Este timbre se cuelga en el muro con d_os clavos de gancho, y está contenido en una caja de madera excepto la campana y el martillo. Las formas y dimensiones de los timbres se hacen variadas á veces para poderlos distinguir entre sí, en el sonido, si hay muchos en una misma sala.

TIMBRES

CAMPANILLAS ELECTRICAS

CAMPANILLA REDON.-Esta campanilla (figur;:1 583) funciona bien en todas posiciones. Choca, á primera vista, la elegancia de su forma-, y lo reducido del espacio en que están contenidos y agrupados todos los órganos, electro-imán, resorte, martillo, cóntactos, tornillos- bornes, etc. Esta campanilla pertenece al género llamado de temblor y produce un repique que dura todo el tiempo que la persona que llama tiene oprimido el boton del llamador. Se compone de un resorte semi-circular y ligero cuyos extremos inferiores están fijos. Este resorte lleva hácia su parte alta el martillo ó boton metálico que ha de golpear intériormente sobre la campanilla hemisférica, cuando, pase la -corriente por el electro-imán. Todo el mecanismo, corno se vé, queda protegido, contra todo choque externo, por la misma campana. Lo más importante y más notable de esta nueva combinacion del mecanismo de la cam~ panilla, aparte de la movilidad y poca inércia de la parte móvil, y del bonito aspecto · que presenta para el decorado, consiste en el órgano interruptor. En la parte delantera de la figura, se observa una sólida columna de · contacto y el resorte interruptor que es de notable fuerza, y que no tiene ni necesita ningun mecanismo de reglage. El resorte interruptor ejerce una fuerte presion COD;tra la columna de contacto, y la misma armadura, cuando ha hecho una parte de la carrera, es la que obra sobre el resorte, para que éste vuelva á llenar su funcion y se restablezca la corriente. En las campanillas ordinarias, se sabe que es preciso dar cierta fuerza al resorte destinado á separar la paleta del, electro-imán. Esta fuerza inicial se opone al movimiento de atracción de la paleta; de modo que ésta no es atraida por el electro-imán hasta que la intensidad de la corriente es bastante fuerte pa.ra vencerla. En la campanilla Redon, la fuerza de este resorte antagonista es nula al iniciarse el movimiento ·atractivo, ventaja grande, porque la paleta puede así obedecer fácilmente á . la atraccion del electro-imán. La paleta lleva un tope, el cual rompe bruscamente el contacto cuando la paleta ha hech9 la conveniente car-

rera, y el martillo choca contra la campanilla por el solo hecho de la velocidad adquirida. La disposicion mecánica de su conjunto permite conseguir lo que con ningun otro sistema sehabia obtenido hasta ahora, hacer funcionar grandes aparatos hasta con campanas de 60 centímetros de diámetro. Estas grandes campanas ó timbres están destinadas á hacerse oir á grandes distancias, en las administraciones, colegios, fábricas, cementerios, iglesias, hospitales, etc., y sobre todo en los caminos de hierro. La fuerza de la pila que estas campanillas exige, varia naturalmente con el Jargo de las líneas. Con r2 elementos Leclanché para líneas largas, pueden funcionar hasta las grandes campanas de 0'60 de diámetro, cosa que no se había obtenido nunca. CAMPANILLAS DE UN SOLO GOLPE.-Si se prefiere sustituir eJ repique prolongado con un solo golpe de campana, es fácil obtener este resultado, haciendo que los dos extremos del electro-imán estén unidos á lós dos polos de la pila sin que la corriente atraviese la paleta A, ni el resorte R ó el tornillo (fig. 581). Tambienes fácil transformar una campanilla ordinaria en campanilla de un golpe, uniendo directamente con un hilo el borne Z con el punto de union de la paleta A. Si la campanilla está montada en placa de metal, bastará unir' un hilo al borne de la derecha (fig. 582) y á la placa de metal, apretándola, por ejemplo, con el tornillo de la parte superior de esta placa. Si se une la placa metálica, no ya con uno de los dos bornes primitivos, sino con un tercero que puede colocar uno mismo (figura 584), la campanilla conservará la facultad de producir, como se quiera, temblor, ó dar un solo golpe. CAMPANILLAS coNTINUAs.-Por el contrario, con una ligera modificacion, puede hacerse de modo que el repique se deje oir de un modo continuo, aup después de retirar eiJ. dedo del llamador, hasta que se acciona sobre un conmutador para parar el repique. .Para ello se emplea una- campanilla de tres ·bornes, dispuesta corno acabamos de indicar, pero haciendo de modo que el resorte no toque, durante el reposo, la punta del tornillo . Las comunicaciones se establecen como ya hemos indicado.

FÍSICA INDUSTRIAL

Se obtendrá el mismo efecto empleando una campanilla cuyo martillo se mueva por un· mecanismo de reloj, en cuyo caso la corriente solo sirve para levantar el gatillo; pero esta disposicion es muy dispendiosa. CAMPANAS ELÉCTRICAS.-La forma de campana, adoptada por Jensen y por otros varios inventores, es preferible, á veces, como timbre eléctrico; tiene la ventaja de producir un sonido más m1,1sical y proteje mejor los órganos interiores cuando debe hacerse la instalacion al aire libre. El electro-imán se fija verticalmente en el interior de la campana (figura 585) y recibe la corriente por los puntos de suspension de ésta. Los polos del electro, situados en la parte inferior, sobresalen hácia la izquierda y atraen la armadura que está en el mismo lado; esta armadura puede girar al rededor de un eje horizontal, situado en la parte superior de la campana, arrastrando el martillo, que se encuentra al otro lado del electro-imán. Observando bien la figura se comprenderá el funcionamiento general, que es idéntico al de las campanillas de que ya hemos tratado. En los demás modelos los polos terminan en bisel, y la armadura ó paleta está dispuesta debajo en posicion inclinada, de suerte que el martillo golpea el borde de la campana al oscilar esta armadura alrededor de su arista horizontal. Las campanas se cuelgan ordinariamente al extremo en un brazo saliente, que sirve al propio tiempo para establecer lascomunicaciones. TROMPETILLA y SIRENA ZIGANG.-La trompetilla Zigang, destinada á reemplazar las campanillas de las habitaciones, es muy semejante á los aparatos clásicos conocidos con el nombre de sirena eléctrica. El martillo y la campana no existen y el sonido se produce por la vibracion de la armadura. Se dispone un electro-imán en un tubo de laton (fig. 586), paralelamente al eje; en frente de sus extremos, acodados hácia la abertura, hay una placa vibr_a nte á la cual está fija una laminita de hierro dulce. Un tornillo, terminado en una punta de platino, toca esta laminita, y la corriente que atraviesa el electro pasa por la placa vibrante y por el tornillo para volver á la pila. La disposicion es muy semejante á la de las campanillas, y las interrupciones se producen

igualmente por el contacto del tornillo y de la placa. Para variar el sonido se introduce más ó menos el tornillo de reglaje. El tubo de laton ~irve para resguardar los órganos interior~s y para reforzar el sonido. Este aparato tiene la ventaja de funcionar en cualquier posicion; se le puede emplear tambien acompañándole con una campanilla, pues se distinguirán facilmente los dos sonidos sin necesidad de recurrirá un cuadro indicador. La figura 587 representa un aparato semejante, pero de más fuerza, al cual el inventor ha dado el nombre de sirena. Se le emplea para producir señales sonoras muy intensas, por esto se le aplica á las fábricas, talleres, andenes para mercancias, buques, tranvias, &. Se le alimenta con ocho elementos Leclanché, al paso. que la trompetilla solo necesita dos elementos, como las campanillas ordinarias. CUADROS INDICADOREs.-Cuando la sala tenga dimensiones ordinarias, para conocer fácilmente los llamamientos provenientes de las varias piezas, basta adoptar para cada una de ellas cierto número de golpes distintos, ó bien emplear dos ó tres campanillas de distintos sonidos, ó una campanilla de tres bornes que, segun el llamamiento, produzca temblor ó un solo golpe. Pero, si la instalacion es muy ramificada, ya no bastará este procedi!l}iento y fuerza será recurrir á un cuadro indicador que contenga tantos nümeros como piezas haya. Una sola campanilla unida al aparato servirá para llamar la atencion, y el número ó palabra que se ponga á la vista indica el lugar de aviso. El cuadro esfá formado por una placa opaca provista de cierto número de orificios; detrás de ellos (fig. 588) hay dos electro-imanes, entre los cuales está colgada una armadura de hierro dulce móvil alrededor de un eJe horizontal, en cuya parte superior lleva la indicacion necesaria. Al oprimir el botón del llamador correspondiente al número 1, pasa 1d corriente por la campanilla y por el electro que se encuentra á la izquierda de esta cifra, el cual atrae la armadura, haciéndola balancear sobre su eje y coloca el número enfrente del agujero. Conociendo así el punto de 11a- . mada, se comprime un boton situado en la parte inferior del cuadro, para poner en con-

TIMBRES Ó CAMPANILLAS ELECTRICAS

tacto dos. piezas metálicas situadas en la parte inferior de la figura, con cuya operacion se · cierra el circuíto· derivado que comprende todos los electros de la derecha sin la campani11~, y, por consiguiente, atraídas todas las armaduras hácia esta parte, las que se hayan mayido vuelven á tomar su posicion normal, quedando nuevamente el aparato en disposicion de aviso. · Botones de llamad·a.

La instalacion de una campanilla comprende cuatro partes: la campanilla en sí, la pila, los conductores que forman la línea y el interruptor con el cual se cierra el circuíto en el -acto de llamar. Descritos ya los principales modelos de campanillas, pasaremos á indicar las formas de los interruptores que más comunmente se emplean. El de que se hace más uso es el representado en la fig. 589; sobre un disco de madera están fijos dos resortes curvados cuyos extremos libres están uno encima de otro.- Se descubren cuidadosamente los cabos de los dos conductores que salen uno de la pila y el otro de la campanilla; se les hace pasar por un agujerito practicado en el disco de madera y se les aprieta con los tornillos que retienen los dos resortes. Este aparato se coloca en la pared por medio de dos tornillos, cubierto con una rodela de madera torneada en cuyo centro hay el botan de marfil. Apoyando el dedo en este botan, se ponen en contacto los extremos· de los dos resortes y se cierra el circuíto. Al cesar la presion del dedo, la elasticidad del resorte anterior vuelve el boton· á su posicion primitiva, destruye el contacto y cesa de funcionar la campanilla. - Este interruptor sólo se aplica cuando se le deba fijar á la pared y ofrece la ventaja de ser económico, fácil de colocar y de ocultar si se desea. Sin embargo, se presentan ciertos casos en los cuales convenga tenerle. al alcance de la mano, en cuyo caso afecta la forma de pera, siendo °la misma que la del boton antes descrito su disposicion interior. Esta pera está tallada en su extremo inferior, perpendicular á .s u eje y lleva dos resortes semejantes á los de la figura 589, fáciles de poner en contacto oprimiendo el boton situado en el extremo

del aparato. Los conductores penetran por la parte superior de la pera y llegan á los resortes por un agujero practicado en su eje. Estos conductores se . hace que sean flojos y se juntan formando un solo cordon que se fija al techo en una rodela labrada ó en la pared (fig. 591), en donde se le une con los hilos ordinarios. En las · oficinas, ·podrán emplearse peras más grandes, á cuyo alrededor se disponen varios botones idénticos, que correspondan á circuítos distintos. El cab!e está formado entonces del número de hilos necesarios á todos los botones. Con esta disposicion pueden hacerse, con un sólo aparato, llamamientos en todas direcciones (fig. 590). -Tambien pueden reunirse varios botones en un mismo ecuador (fig. 592) , ó emplear tientos análogos á las teclas de un piano (figura 593), que funcionan como los aparatos anteriores. TIRAJES y PEDALES.-Hay otra clase de interruptores cuya disposicion exterior se asemeja mucho á la de las antiguas campanillas, es decir, que en vez de oprimir un botan, se tira de una cinta ó ·cordon. De este modo es más fácil disimular · 1os conductores, pues basta · colocarles al nivel del techo y no es necesario que bajen al alcance de la mano. Las figuras 594 y 595 representan dos modelos de estos aparatos. En el primero, se observan dos resortes verticales inclinados inferiormente hácia el exterior y cuya parte alta comunica con los dos conductores; entre estos resortes hay una espiga que puede resbalar verticalmente provista de un travesaño metálico horizontal. Al tirar del c¡ordon que cuelga de esta espiga, baja ésta y la traviesa toca los dos resortes laterales cerrando el circuíto; al cesar la presion, el resorte cilíndrico hace subir la espiga, devolviéndole su primera posicion, é interrumpe el contacto. En el segundo modelo (fig. 595) en vez de moverse la espiga móvil en línea recta, gira alrededor de un punto fijo; tirando el cordon que está á la izquierda, se hace subir el lado derecho de esta espiga y toca entonces los dos resortes unidos á la pila y á la campanilla, estableciendo el contacto; por medio de otro resorte se vuelve la espiga á su posicion de equilibrio, al cesar la accion sobre el cordon.

726

FÍSICA INDUSTRIAL

Estos dos modelos, particularmente el último, son fáciles de disimular, formando con la cinta ó éordon un lazo sobre ellos. Tambien se emplean en las oficinas y comedores unos pedales (figs. 596 y 597) que, como indica su nombre, se hacen funcionar con el pié. El aparato tiene en StJ parte inferior dos resortes semejantes á los de los botones ordinarios. (fig. 589), que se ponen en comunicacion con los dos conductores. Ejerciendo presion sobre la espiga se ponen estos dos resortes al contacto y se cierra ·el circuí to. Como en los anteriores sistemas, un resorte cilíndrico hace subir la espiga al cesar la presion. En el segundo modelo, la accion sobre la espiga se hace por medio de un pedal inclinado. Los pedales ofrecen la ventaja de no estará la vista, pero en cambio requieren que los conductores pasen por debajo del suelo, lo cual es un inconveniente, en particular si está baldosado. CoNTACTos· PARA PUERTAS EXTERIORES. - En fas puertas exteriores ó de entradas de piso, se emplean dos clases de ~ontactos que accionan, ya tirando de ellos, como una campanilla, ó ya por presion, con un botan ordinario. En ambos casos, los contactos se obtienen del mismo modo: se unen los extremos de los conductores de modo que tiendan á aproximarse · en un punto; el botan constituye el extremo de una espiga, cuyo otro extremo termina en un tronco de cono de metal. Tirando ó comprimiendo el botorr se hace que este tronco de cono toque los conductores en sus puntos más aproximados y descubiertos, cerrándose así el circuíto; por medio dé un resorte vuelve el botan á su posicion de equilibrio. La figura 598 representa un boton por tiraje. CONTACTOS DE SEGlTRIDAD.-Exist~ otra clase de interruptores que accionan automáticamente en una campanilla cada vez que se abre ó se cierra una puerta, anunciando de este modo la entrada ó la salida de una persona. Este sistema se aplica igualmente á los muebles ó arcas para caudales. Entre estos contactos, los hay que hacen funcionar la campanilla todo el tiempo que permanece la puerta abierta; otros, por lo contrario, que

solo producen un solo golpe al a,brir ó al cerrar, y otros que avisan solo al abrir la puerta. Los contactos de batiente (figs. 599 y 600) pertenecen al primer grupo: se componen de una pequeña escuadra de cobre y de un resorte del mismo metal, que comunican con los dos polos de la pila, dispuestos en una tabla fijada en el lindero superior de la puerta ó en su visagra vertical, de suerte que la escuadra sobresale del lindero. Por el contrario, el resorte permanece encogido mientras está cerrada la puerta, interrumpiéndose así el circuíto; al abrir la puerta, este resorte se dilata, se pone en contacto con la escuadra, cierra el circuíto, y bate la campana en tanto permanezca abierta la ·puerta. Si se desea evitar el repique continuo, se pone en un punto del circuíto un conmutaJor, con el cual se interrumpe la corriente en un momento dado. Para obtener un solo golpe al abrir ó al cerrar la · puerta, se fija el segundo aparato (fig. 600), formado por dos resortes colocados muy cerca uno de otro y unidos á los dos polos. Al abrir ó al cerrar, levanta la puerta un pequeño galete que comprime á su vez el resorte inferior obligándole á tocar el otro. En ambos ca·s os, el circuito se cierra durante un instante solamente. El aparato representado en la figura 601 produce el mismo efecto por medio de dos piezas niqueladas fijadas transversalmente encima de la puerta, y de otra pieza metálica fijada á la misma puerta. Al abrir ó al cerrar frota esta · pieza un instante con otras dos y cierra el circuíto. El roce de las piezas metálicas ofrece la ventaja de conservarlas siempre limpias. Por su mayor solidez, este contacto Si:! destina preferentemente á las puertas de grandes ·dimensiones. Para que la campanilla funcione un instante solamente al abrir la puerta, se acostumbra emplear un contacto llamado de pata de cabra (fig. 602). Los conductores van á parar, el uno á un resorte, y el otro á una montura metálica, en cuyo extremo tiene una pieza curvada fácil de balancear sobre un eje horizontal; todo el mecanismo está fijo á una tabla que se coloca encima de la puerta. Al abrir ésta, empuja la parte inferior de la pieza móvil, é inclinándose la parte superior en sentido inverso; toca el resorte y cierra el

TIMBRES

CAMPANILLAS ELECTRICAS

circuíto. Ya no sucede lo mismo al cerrarlas, por cuanto la puerta em·puja entonces el pié de cabra en sentido contrario, alejándose _así su parte superior del resorte, en vez de aproximarse á él. Insta.la.cion de las campanillas eléctrica.a.

LÍNEAs.-La eleccion de pila para las campanillas no ofrece ninguna duda; como el circuíto sólo se cierra de un modo intermitente, las pilas Leclanché serán las más indicadas. Se . las monta en série; el número de elementos debe aumentar con la longitud del circuíto y el número de aparatos que se intercalen. Si la longitud total del hilo no pasa ~e 50 metros y hay una sola campanilla, bastan dos elementos; sobre este límite se añadirá un elemento por cada 25 metros. Conviene ·poner siempre un elemento de más, particularmente si las campanillas deben funcionar juntas. Las pilas se colocarán en sitio cuya temperatura no sea nunca muy alta. Las campanillas de las habitaciones, al contrario de lo que tiene lugar para las líneas telegráficas, deben ser poco resistentes, como tambien el circuíto en sí. Los conductores que ponen en comunica cion las pilas con las campanillas y con los botones llamadores, son generalmente de cobre. El hilo que más se emplea tiene 9 / , 0 de milímetro de grueso. A veces se toman hilos de diámetros decrecientes á medida que aumenta 1~ distancia á las pilas; sin embargo, el hilq ya citado basta, en general, para toda la instalacion. Este grueso se entiende en hilo desnudo, puesto que se le emplea siempre cubierto de seda ó de algodon, que le aislan. El hilo impregnado con gutapercha y cubierto luego con algodones el mejor. El forro de algodon se fabrica en todos los colores, para poderle elegir igual al de la pared á donde se aplique. Se fabrican igualmente cables formados por la union de dos hilos aislados y cubiertos con un solo revestimi~nto, facilitándose de este modo su colocacion, pero en _ cambio las uniones son más difíciles. Al unir los hilos entre sí, debe procurarse que el contacto sea perfecto, para lo cual se descubren· de 12 á 15 milímetros de hilo, se les limpia _c on papel de vidrio y se les retuerPILAS Y

ce juntos con la mano. Se cubre luego esta union con una hoja muy delgada de gutapercha, que se suelda fácilmente con el calor de los dedos y preserva los hilos de la oxidacion. Si los dos hilos se instalan uno al lado del otro, como se acostumbra, se procurará que las uniones en uno y en otro no se hagan en el mismo sitio, en_atencion á que si llegase á saltar la capa que les cubre, pudria establecerse su contacto, se cerraria el circuíto y la pila se gastaria inútilmente. Para sostener los conductores se emplean á veces aisladores de hueso, ó pequep.os cilindros huecos que se fijan á las .paredes con clavos de cabeza redonda y ganchos, destinados especialmente á las esquinas (figs. 603, 604 y 605). Mas, estas precauciones son inútiles si se emplea el hilo forrado de gutapercha, pues basta clavarle con clavos ordinarios, y hasta puede atravesar las paredes sin preparacion alguna. Observaremos, sin embargo, que, como las -condiciones pueden variar, se tomarán tantas más precauciones . cuanto más expuestos deban estar los hilos á la huILedad. Si los wnductores deben instalarse ai aire libre, como sucede en patios ó en jardines, en vez de hilos de cobre, se colocan hilos de hierro galvanizado de 2 milimetros de diámetro, soportados de distancia en distancia por aisladores de porcelana fijos á lo largo de los muros. Pueden emplearse igualmente cables bien aislados y cubiertos de plomo, que se ocultan en el terreno, en cuyo caso la capa de plomo sé podrá -utilizar como hilo de tierra. En el interior de las habitaciones, se disimulan los hilos haciéndolos pasar por encima de las cornisas ó voladizos de las puertas y maderamen. En los corredores y demás sitios en donde sea difícil ó no sea necesario ocultarlos, se les separará más unos de otros, para facilitar las buscas en caso de accidente; con el mismo objeto será muy útil que los hilos positivo y negativo. sean de colores distintos. DISTINTAS COMBINACIONES DE LAS CAMPANIllAS.-La disposicion de las campanillas y de los botones llamadores varia al infinito, segun los resultados que se deseen obtener. Pero éstos se conseguirán siempre si se observa la regla siguiente: unir con un· hilo el polo negathr.o (zinc) con todas las campanillas; u~_!r,

FÍSICA INDUSTRIAL

asimismo el polo positivo (carbon) con todos der transformar una campanilla ordinaria en los botones; hacer salir de cada llamador un campanilla de un solo golpe, ó tambien darle hilo de retorno que va ya á la campanilla ó á la propiedad de producir temblor ó que dé un todas las campanillas que dicho llamador deba solo golpe. Hemos dicho que basta para ello hacer funcionar. Es claro que será fácil in- enroscar en la tabla de madera un· tercer borvertir el sentido de la corriente, pero es pre- ne que se une á la placa metálica que sostiene ferible siempre seguir la misma regla, con lo el aparato ó el extremo de la armadura. Si lo cual no es tan fácil equivocarse. que se desea es un golpe único, las comuniPara mayor claridad expondremos las dis- caciones se establecen como para una campaposiciones que deben adoptarse en los princi- nilla ordinaria, y se prescinde del borne de pales casos. El caso más sencillo es el de un~ la derecha (fig. 584) como ya sabemos. Falta campanilla movida por un boton único ó por indicar pues como se unen los hilos para pro~ varios botones (figs. 506 y 507). Aplicando la ducir cuando se quiera uno ú otro de los dos regla anterior, al comprimir iln boton se efectos. En este caso se une el borne de la cierra siempre un circuíto que comprende la izquierda con el polo negativo de un modo pila y la campanilla. Aquí suponemos la pila permanente, y, como de costumbre, se hace encerrada en una caja, á la derecha. terminar el hilo positivo en los dos botones. Una misma pila puede utilizarse para ali- Se une, por último, el boton 1, que debe promentar varios circuítos que cada uno com- ducir un solo golpe, con el borne del centro, prenda una ó varias campanillas ú otros apa- y el otro con el borne de la derecha. ratos eléctricos, como alumbradores ó lámlNSTALACION DE UNA CAMPANILLA CONTINUA. paras de incandescencia para un alumbrado -Hemos visto anteriormente que una camintermitente. Del polo positivo salen enton- panilla de tres bornes puede producir tamces qtros tantos circuítos distintos que van á bien un sonido continuo, que dura mientras los botones, luego á las campanillas y vuel- no se pare con un conmutador. Para ello es ven á la pila. Esta disposicion será útil para necesario que la armadura no toque durante una casa de varios pisos, en la cual las pilas el reposo la punta del tornillo, y los hilos se coloquen en los sótanos, y tenga cada ha- deben estar dispuestos como en el caso antebitacion una serie de botones y una campa- rior, suprimiéndose tan sólo el boton núnilla. Combinándola con las demás se podrán mero 2, que se reemplaza con un interruptor. obtener las indicaciones correspondientes al Al comprimir el boton se cierra el primer caso en que la distribucion de cada piso com- circuíto; atraída la armadura por el electroprenda mayor número de aparatos. imán se mantiene pegada á él, y el gatillo · lNSTALACION DE DOS CAMPANILLAS QÚE PERMI- produce un golpe seco en el timbre. Al solTAN RESPUESTA.-La figura 608 representa la tar el boton, se rompe el circuíto y la armainstalacion de dos campanillas que permitan dura se separa del electro-imán; mas, en virllamar y responder mútuamente. De la pila tud de la velocidad adquirida, traspasa su arrancan dos circuítos que cada uno de ellos posicion .de equilibrio y toca la punta del torcomprende un boton y una campanilla; una nillo , cerrándose así el segundo circuíto. parte del hilo es comun á ambos circuítos. En Atraída nuevamente entonces por el electro, el uno, la corriente va de la pila al boton y á partir de este momento, continua oscilando luego á la campanilla; en el otro la corriente como una campanilla ordinaria que se uniese sigue el órden inverso. de un modo permanente á los dos polos de Es evidente que no podemos indicar todos una pila, sin que interviniese ningun boton ó los casos que puedan presentarse en la prác- interruptor. Para que no funcione, es preciso tica, pero combinando las disposiciones que interrumpir por un instante el segundo cirhemos representado será fácil siempre obte- cuíto, que entonces la armadura cesa de viner los resultados que se deseen. brar y adquie_re su posicion de equilibrio; inCOLOCACION DE UNA CAMPANILLA QUE PROmediatamente se cierra el interruptor, para DUZCA LIBREMENTE TEMBLOR Ó DÉ UN SOLO GOLque el aparato esté pronto á funcionar cuando PE . - Y a hemos indicado la posibilidad eh pose comprima nuevamente el botorr.

TIMBRES Ó CAMPANILLAS ELECTRICAS

Se . obtendria el mismo resultado, como ya hemos indicado antes, empleando una campanilla cuyo martillo se movies~ por un mecanismo de reloj, en cuyo caso se utilizaria la corriente tan sólo para levantar el paro, pero esto setfia muy dispendioso. lNSTAlACION DE UN CUADRO INDICADOR.Terminaremos esta enumeracion representando el caso de un cuadro indicador de seis números (fig. 609), provisto de una campanilla é igual número de botones. Supondremes la pila contenida en una caja. El hilo positivo, representado con puntos, se divide y va á parar á cada boton, .de cada uno de los cuales sale un hilo de union que va al borne correspondiente _del cuadro; ·por medio de un solo hilo se une el polo negativo con el borne T, al cual van á parar los otros extremos de todos los electro-imanes. De los polos salen otros dos hilos hasta los bornes C y Z del cuadro, y cierran el circuíto necesario para que desaparezcan los números despues de cada aviso. Como ya hemos dicho, este circuíto comprende todos los electro-imanes ~ituados á la izquierda de los taladros, y un boton interruptor situs.do en la parte inferior del cuadro. Comprimiendo este botan, se cierra el circuíto, los electro-imanes de la izquierda atraen las armaduras y desaparecen los números. Indicadores y llamadores automáticos.

PRINCIPIO EN QUE SE BASAN LOS INDICADORES. -No son las campanillas el único ejemplo de los servicios que puede prestar la electricid_ad produciendo un movimiento á distancias muy grandes á veces, y sin necesidad de sistemas complicados de comunicaciones rígidas. Los electro-imanes permiten emplear de un modo análogo las corrientes, y conocer un gran número de fenómenos por ellos producidos. La mayor parte de los aparatos fundados en estos principios son casi exclusivamente industriales, y sin embargo, ,hay algunos de fácil explotacion para los usos domésticos: tales son, en particular, los indicadores de temperatura y los avisadores de incendios. INDICADORES DE TEMPERATURA.-Para esto, lo único que se exige á los aparatos que á ello se destinan, es que adviertan la temperatura solamente cuando tienda á pasar de ciertos FÍSICA lND.

límites, ya antes determinados, franqueando · el máximo ó el mínimo que se les haya impuesto. En cada uno de estos casos, el aparato indicador debe cerrar un circuíto que contenga una campanilla, y es evidente que deberán existir dos campanillas y dos .circuítos distintos, con et objeto de conocer si es el máximo ó el mínimo el que se ha traspasado. Una de las disposiciones más sencillas con-· siste en el empleo de un termómetro de al~ohol, horizontal, que, á continuacion de este líquido, contenga un índice de mercurio; un hilo de platino dispuesto en sentido del eje del aparato, está unido de un modo permanente al polo positivo de una pila, y otros dos hilos, de platino tambien, comunican cada uno con el polo negativo y con una campanilla, penetrando en el tubo por los puntos correspondientes á las temperaturas límites, pero sin que toquen· al primer hilo. Cuando, por efecto de descenso ó elevacion de temperatura, el índice de mercurio toca á uno de estos dos hilos, cierra entonces. uno de los dos circuítos, por encontrarse en contacto continuo con el hilo situado en sentido del eje; la campanilla principia á sonar, demostrando así que se ha alcanzado uno de los dos límites. · Se emplean igualmente termómetros, sólidos ó líquidos, provistos de una aguja que se une de un modo permanente al polo positivo de una pila, y en cuyo cuadrante se colocan, en las temperaturas límites, dos índices que cada uno comunica con una campanilla y con el polo negativo. En el instante en que la aguja toca uno de estos índices, cierra uno de los circuítos y hace sonar la campanilla que contiene. Tal es la disposidon del termómetro representado en la fig. 6m. Consta de un tubo largo de metal aplanado, lleno de · líquido, que termina con una pasta más delgada enrollada en forma de círculo que, al encogerse ó al alargarse, hace mover una aguja en uno ó en otro sentido. Pueden emplearse igualmente termómetros formados por dos placas de desigual dilatabilidad, de que ya trataremos á propósito de los avisadores de incendios. AVISADORES DE INCENDIOs.-Se llaman así los aparatos destinados á dar á conocer á cierta distancia un aumento de temperatura r. Il.-92

FÍSICA INDUSTRIAL 730 normal y, por consiguiente, un principio de lo que sucederá al consumirse lentamente incendio. Se dá tambien, aunque impropia- una viga al abrigo del aire. A pesar de lodos estos defectos, los avisamente, este nombre á los aparatos que sirdores son sie.m pre útiles, y si hemos enumeven para avisar á los bomberos; pero estos instrumentos pertenecen más bien á la cate- rado sus inconvenientes ha sido para que se comprendan bien los motivos que deben guiar goria de los telégrafos y teléfonos. Los avísRdores, tales como los hemos defi- su eleccion. Así vemos que un avisador debe cumplir nido, no son más que indicadores de temperntura, . dispuestos tan sólo para advertir el ademas otra mision para que funcione sin cesar, y obedecer tan sólo á un calentamiento máximo fijad.o. VENTAJAS É INCONVENIENTES DE LOS AVISADO rápido. Es indispensable al propio tiempo que los varios aparatos estén suficientemente cerRES. - Tal como están estos instrumentos no son capaces, á lo menos hasta el dia, de pres- ca unos de otros, y no descuidar en ningun tar grandes servicios, por varios motivos. En caso las demás precauciones necesarias. AVISADORES FUNDADOS EN LAS DILATACIONES~ primer lugar, es muy difícil determinar la terpperatura á q"4e debe funcionar el instru- -Segun cuanto acabamos de decir, es evimento: si se la toma muy alta, podrá llegar dente que todos los indicadores de temperaá ser muy grande el siniestro cuando el apa- tura podrán servir al propio tiempo de avirato lo advierta; si, por lo contrario, s.e la sadores de incendio , en cuyo caso puede toma demasiado baja, durante los fuertes ca- suprimirse todo el circuito relativo al límite lores y aun en invierno, despues de su calen- más bajo y conservar solamente el destinado tamiento excesivo, podrá producir alarma el al máximo. aparato sin motivo. Varios de estos aparatos están fundados en Por esto, los avisadores que se construyen la desigual dilatacion de los metales, para lo funcionan solamente cuando la elevacion de cual se sueldan juntas longitudinalmente dos temperatura es brusca, y no cuando se produ- hojas de metales distintos. Al subir la temce lentamente, por el caldeo progresivo del peratura, los dos metales se dilatan con desaire de la sala. Otro motivo consi~te en que, igualdad y, por lo tanto, la doble hoja se encomo afortunadamente estos aparatos fun- corva. Puede cambiarse esta disposicion de cionan en casos muy raros, las superficies tal modo que, á una temperatura dada, toque por las cuales se establece el contacto acaban otra pieza metálica y cierre un circuíto en por oxidarse ó empañarse, y ya no se cierra donde haya una campanilla. Tal es á poca el circuíto cuando es necesario. Además, es diferencia el avisador de Gaulne y Mildé (fimuy difícil mantener estas superficies con la gura 611), formado por dos hojas termomélimpieza indispensable, por colocarse preci- tricas, compuestas de tres metales cada una, samente estos aparatos en la parte superior zin~, cobre, acero, colocadas casi paralelade las salas, en donde se calienta el aire con mente en un soporte aislador, encontrándose más facilidad : Para evitar esto, se eligen avi- el zinc, por ser el más dilatable, bácia fuera. sadores que puedan utilizarse tambien para Estas hojas están fijas por su parte inferior, y otros usos, como son campanillas eléctricas, terminan por la otra en un os resortes proque así, el roce frecuente mantiene limpias vistos de contactos; comunican con la pila y las superficies, y por su uso continuado, su con la campanilla, de suerte que, al tocarse falt¡:1. de accion en un momento cualquiera los contactos, se cierra el circuíto y funciona dará á conocer su estado. la campanilla. Por encontrarse el metal más Observaremos tambien que por poder ini- dilatable hácia el exterior, se van curvando ciarse el incendio entre dos avisadores, éstos más y má$ las bojas hácia el interior, al sufuncionan tan sólo cuando aquel haya toma-- . bir la temperatura y, si su distancia se ha do un gran incremento, y además puede des- calculado bien, los contactos se tocarán al arrollarse durante mucho tiempo sin eleva- llegará la temperatura mínima, que acostumdon aparente de temperatura, para explotar bra ser de 3 5 á 40 grados. uego bruscamente con mucho daño; esto es Este aparato sirve al propio tiempo de ti-

TIMBRES Ó CAMPANILLAS ELECTRICAS

raje _para campanilla con el objeto de conservar bien limpios los contactos. Para ello, <letras de las do.:; hojas hay una espiga aisladora, provista en su parte superior de un tornillo metálico que sobresale por encima de los contactos. Esta espiga está mantenida por un resorte, y termina por su parte interior por un anillo. Al tirar de éste, el tornillo roza con los dos contactos y cierra el circuíto; al soltarle devuelve el muelle á la espiga su primera posicion de equilibrio é interrumpe la corriente. El aparato se coloca en la parte superior de la sala, uniéndose al anillo un cordon ó cinta para tirar de él. Tiene este aparato el inconveniente de hacer funcionar la campanilla tanto _por una dilatacion latente producida por una elevacion normal de la temperatura ambiente, como por un calentamiento brusco debido á un principio de incendio. SISTEMA BRAssEUR. - El aparato Brasseur evita este inconveniente. Está formado por dos cilindros de zinc verticales colocados en un mismo zócalo, vacío el uno y lleno el otro de sebo, y en su vértice tienen una espiga de cobre unida á uno de los polos de la pila. Sobre esta espiga hay un tornillo que comunica con el otro polo. Un calentamiento brusco que se produzca dilata igualmente los dos cilindros de zinc 1 y levantado el travesaFí.o de cobre, toca el tornillo y cierra el circuíto. Sí, por lo contrario, la elevacion de temperatura que se produzca es lenta, se vá fundiendo el sebo y mantiene durante mucho tiempo el cilindro que le contiene á 33 grados; el cilindro_ vacío es el único que se dilata y, levantado oblícuamente el travesaño, no toca ya el tornillo. La posicion de este tornillo se regula con relacion al valor que quiera darse á la temperatura máxima. Este instrumento se utiliza especialmente como avisador. AVISADORES BASADOS EN LOS CAMBIOS DE ESTADO.-Existen tambien otros avisadores, en los cuales las piezas destinadas á establecer el contacto están separadas por una materia aisladora de fácil fusion. Al elevarse la temperatura, funde aquellas y permite se establezca el coutacto. Entre todos los aparatos de este sistema, el mas sencillo es el de Dupré, que presenta la

731

forma de un botan de campanilla ordinaria (figura 612). El resorte superior A es libre y toca el resorte B al oprimir el botan; como esta hoja B está encorvada por su parte superior en forma de 8 y se mantiene aplicada al fondo por una masa aisladora C atravesada por un tornillo, al alcanzar la ternperaturá el límite que se desea, esta pequeña masa funde y, abandonada la hoja B á sí misma, se desarrolla, choca con la hoja A y cierra el ci,rcuíto. La segunda parte de la figura representa la misma disposicion aplicada á un tiraje de cordon. Este diminuto aparato ofrece la ventaja de ser muy sencillo, y no exigir ningun cuidado particular. Tambien hay avisadores que utilizan igualmente la vaporizacion. Así, podrá emplearse un tubo en forma de U lleno de mercurio, uno de cuyos brazos esté cerrado y contenga en su parte superior una pequeña cantidad de un líquido volátil. Cuando la temperatura sube, este líquido se vaporiza y repele el mercurio, el cual sube por el otro brazo y, .11 alcanzar el límite deseado, toca dos hilos de platino qúe comunican con una pila y una campanilla, cerrando el circuíto y haciendo sonar á ésta. AVISADORES FUNDADOS EN LA COMBUSTlON.Por último, hay avisadores, que, por la destruccion de una pieza que arda fácilmente, produce el desplazamiento que debe cerrar ~l circuíto. Tal es, por ejemplo, el avisador de Charpentier, formado por dos resortes casi verticales que convergen hácia su parte superior y están unidos á la campanilla y á los dos polos de la pila. Entre estos resortes se encuentra una espiga cilíndrica vertical rodeada con un anillo de latou. Un resorte cilíndrico tiende á hacer subir esta espiga para poner el anillo en contacto con los dos resortes y cerrar el circuíto; un peso suspendido á la espiga por un hilo de seda, dificulta la accion del resorte y mantiene la corriente interrumpida. En caso de incendio, el cordon se quema y cae el peso, resultando de esto que la espiga sube nuevamente y el anillo toca los dos contactos. En tiempo ordinario este aparato sirve de campanilla, colocándole en la parte superior de la pieza y uniendo un cordon-tirador á una palanquita que levanta la espiga aisladora.

732 HILO AVISADOR DE JoLY y

FÍSICA INDUSTRIAL BARBIER.-Con

este hilo es fácil establecer muy económicamente un ramal protector, que pase por todos los puntos en donde sea necesario, evitándose con él el inconveniente de tener todos los aparatos diseminados. Tambien puede sustituir este hilo los conductores ordinarios para campanillas. Consiste en un cable formado por dos hilos aislados con gutapercha bien unidos. Uno de ellos está en comunicacion con uno de los polos de la pila, y el otro con la campanilla y el otro polo . En caso de incendio, la gutapercha se derrite, y como los dos hilos se ponen en contacto, cierran el circuíto. Tambien puede ponerse entre los dos hilos aislad'os una ligera capa de una aleacion fusible, que establece mejor contacto. Este sistema tiene la ventaja de poderle emplear corrientemente con otro cualquiera de los anteriores, y así se aumentan las precauciones. TERMO AVISADOR DE ToMMASI.-Este instrumento es una especie de termómetro de máxima de una clase particular, destinado especialmente á prevenir los accidentes quepodrían resultar de un aumento exagerado de intensidad de una corriente; el aparato se pone en marcha, debido al calentamiento de los conductores. La construccion de este avisador es muy sencilla: en una caja aisladora se encuentra un hilo de cobre curvado en forma de U, que formá parte del circuíto principal, y una cubeta de metal que contiene una materia aisladora, fusible, tal corno la estearina, la parafina, etc., que se encuentra en contacto con el hilo y le aisla de la cubeta. Así que la intensidad de la corriente pasa del límite deseado, el hilo en U se calienta, funde la estearina, y por la accion de un resorte cilíndrico, se pone ·en contacto con la cubeta metálica, cerrando el circuíto de una pila local destinada á hacer funcionar una campanilla de alarma. Un interruptor que se coloca cerca de esta campanilla, permite parar el repique y encender al propio tiempo una lámpara de incandescencia montada en derivacion, provista de un vidrio rojo que suministra una nueva señal de alarma. A este aparato puede añadirse un segundo interruptor automático, que abra el circuíto principal y evite cualquier peligro de incen-

dio ó deterioro de las máquinas, aunque queden sin vigilancia. Este interruptor se compone de un electro-imán de Hughes, intercalado en la corriente principal, y que atrae su armadura y cierra el circuíto. En el instante en que la señal de alarma funciona, la corriente principal pasa por el electro, neutralizando en él el efecto de la corriente principal. La armadura cesa de ser atraída, y con su desplazamiento rompe el circuíto principal. Este diminuto aparato tiene la ventaja de ser muy sencillo, de no introducir ninguna resistencia apreciable en el circuíto, de señalar el calentamiento sin romper el circuito, y por último, de poderse regularizar para todas las temperaturas. CoMPROBADORES DE ESCAPES DE GAS. - La. busca de los escapes de gas constituye otra _aplicacion muy interesante de la electricidad, y generalmente se ejecuta empleando además campanillas. Ciertos aparatos utilizan la facilidad con que el gas del alumbrado, atendida su poca densidad, atraviesa las membranas porosas. El de Arrcell, por ejemplo, está tornado por un tubo en forma de U gue contiene mercurio. Uno de los brazos en forma de embudo, está cerrado con una placa porosa de yeso; el otro contiene dos hilos de platino que comunican con una pila y una campanilla. Ordinariamente el mercurio no toca á •.estos hilos de platino, de suerte que está roto el circuíto y la campanilla en reposo. Pero, al aproximar el aparato á un escape de gas, penetrando éste por endosmosis á través del yeso, produce en el interior un aumento de presion que . repele el mercurio · hácia el otro brazo, poniéndole en contacto con los hilos de platino; se cierra entonces el circuíto y la campanilla funciona. El comprobador Arnould está por el contrario, fundado en el experimento llamado de la lámpara sin llama. Fundado en el hecho m_uy conocido de que una espiral de platino calentado al rojo, que reciba un chorro de gas apagado, permanece incandescente por la com bustion lenta de este gas, hasta inflamar á veces el escape, el aparato está formado por una espiral de platino B llevada al rojo _o scuro por la corriente de una pila. Al encontrar UJ:! escape, la espiral se calienta hasta el rojo blanco por la combustion lenta del

733 _ gas, dando á conocer el escape por el cambio 2.° Comunicar el movimiento de un rede brillo. Una tela metálica C rodea la espi- lof-regulador á las agujas de varios cuadranral é impide la inflamacion del escape. tes apartados; La figura 614, representa el conjunto del 3. º Hacer solidarios unos de otros varios aparato y la disposicion · teórica . El mango relojes que cada uno tenga su motor especial, contiene una pila A de bicromato de potasa. Je tal modo, que concuerden constantemente. Cuando el aparato está invertido, el zinc no Como á estas cuestiones se les ha dado sose sumerge en el líquido; al colocarle en lapo- luciones muy distintas y numerosas, indicasicion representada por la figura, el zinc está remos tan sólo algunas de ellas, ya por su sumergido y la pila funciona. La parte supe- sencillez ó por su solucion práctica. rior del mango contiene la espiral B y dos RELOJES ELÉCTRrcos.-La velocidad de un resistencias D y E fáciles de intercalar cuando reloj de péndulo depende de la amplitud de ~e quiera en el circuito, haciendo variar por las oscilaciones de este último, amplitud que medio de un boton la posicion del resorte que varía .segun el estado de los rodajes. Por esto establece el contacto. Con esta disposicion se se ha intentado suprimir los rodajes produpuede variar el brillo de la espiral. Se pri_n- ciendo las impulsiones del péndulo por mecipi_a por bajar completamente el boton para dio de la electricidad. Bain fué el primero obtener la máxima resistencia; luego se sube que construyó un reloj eléctrico, produciendo este boton si es necesario, hasta que · el hilo directamente la impulsion por un electrode platino haya adquirido la temperatura imán, cuya f.uerza dependiese de la intensiconveniente. Se procurará que esté muy cadad variable siempre de la corriente. Hoy liente para que no impida apreciar el aumento dia, el movimiento del péndulo se conserva de brillo. por medio de un pequeño peso ó de un reEste comprobador presenta el inconve- sorte, que suben de una cantidad constante niente de que si la operacion se hace en pleno por la accion de un electro-imán. dia, no es tan fácil poder apreciar el cambio RELOJ DE FRoMENT.-El péndulo P (figude .brillo del hilo de platino; por esto, el in- ra 6r 6), está suspendido por una hoja de ventor transformó el aparato en el sentido de acero que comunica en P con el hilo de un que la elevacion de temperatura de la espiral electro e. Un tornillo v colocado lateralmente, hidese sonar una campanilla. La figura 615, toca despues de cada excursion hácia la dererepresenta esta nueva disposicion. La pila se recha, un ligero resorte r , cuyo extremo liencuentra dentro de una caja separada y uni- bre está sostenido por un pequeño disco d da á la espiral por dos conductores conteni- fijo á una espiga vertical d a guiada dentro dos en un cable. Este comprobador solo se del anillo a. Esta espiga está articulada en la distingue del anterior en que la espiral D está prolongacion e a del contacto e, cuyo punto cubierta en parte por una hoja A formada de de apoyos se encuentra en el borde del elecvarios metales yuxtapuestos, que tiende á potro. El hjlo de este último comunica con nerse recta por la dilatacion. Al aproximarse uno de los polos de una pila, y el otro polo la espiral á un escape de gas, se calienta, con el resorte r. El circuíto está cerrado por pierde su curvatura y toca la pinta del tor- p v r siempre que por dirigirse el péndulo nillo B, estableciéndose entonces por C A B . hácia la derecha, el tornillo v toca el resorF G H una corriente derivada que hace sonar te r . Entonces es atraído el contacto e, la espiga a d baja, así como tambien el disco d, y la campanilla G. libre ya el resorte r, comprime el tornillo v proouciendo una pequeña impulsion al pénRelojes electricos y cronóscopos. dulo, que alcanza su amplitud límite. Al seEn la relojería eléctrica se pueden plantear pararse el tornillo v del resorte r , queda interrumpida la corriente y, levantado el contres problemas: r.º Construir un reloj de péndulo cuyo. tacto e por el resorte s, el disco d levanta el movimiento esté producido por la electri- ·· resorte r, que, por su elasticidad de flexion, produce una nueva impulsion al t?rnillo val cidad; TIMBRES Ó CAMPANILLAS ELECTRICAS

FÍSICA INDUSTRIAL 734 tocar éste nuevamente el resorte. El aparato el resorte R'; la corriente pasará por a P B' e' n está representado tal como lo modificó Hardy. al electro E, levantando la armadura A, Contador. - Para transmitir el movimiento mientras que la A' permanecerá baja. El gandel péndulo á las agujas de un contador ó cho e' se separa por efecto del peso m', y, minutero, para indicar las horas y los minu- quedando libre el resorte,R', imprimirá, por tos, ideó Froment el siguiente sistema: inter- su elasticidad, una impulsion al brazo B' del rumpida y restablecida alternativamente la péndulo. Además, por medio de la espiga t' y corriente por el péndulo, pasa por un electr-o de la palanca acodada l ' r', este resorte E E (fig. 617) que atrae el contacto d b. Este atraerá el gatillo r' que acciona sobre la ruecontacto pone recto entonces el sistema de da de segundos, y durante este tiempo, enpalancas articuladas b ca, y tira hácia la dere- contrándose imantado el electro E, su armacha la espiga c l articulada á la palanca aco- dura levantará el resorte R por medio de la dada lo n. El gatillo n se introduce entonces espiga t, que lleva una clavija debajo de la entre los dientes oblícuos de la rueda R, ha- armadura; levanta el peso m, é introduce el ciéndola avanzar de un diente á cada movi- gancho c por debajo de este resorte, al cual miento, y, por consiguiente, á cada oscila- sostiene. Al volver el péndulo hácia la izcion del péndulo. Si este último da el segundo quierda, abandona el resorte R', cesa de pay si la rueda R tiene 60 dientes, una aguja sar la corriente por E, y vuelve á caer la que se fije á su eje marcará necesariamente nrmadura A abandonando el peso m, resbalos segundos; añadiendo un sistema bien com- lando á lo largo de la espiga t que la atrabinado de ruedas dentadas será fácil hacer viesa sin roce. Mas, así que el brazo B levanta mover otras dos agujas que señalen los mi- un poco el resorte R, salta el gancho c, oblinutos y las horas. Las espigas articuladas b ca gado por el peso m, y, quedando libre dicho transmiten gradualmente ·sin choque el mo- resorte, produce impulsion en el brazo B del vimiento del contacto b d á la rueda R. El re- péndulo. Este resorte obra, al propio tiempo, sorte de paro r impide el retroceso de esta por medio de la espiga t y de la palanca l, rueda al volver hácia atrás el gatillo, bajó la sobre el gatillo r que impele la rueda de los accion del resorte s. La espiga t sirve para segundos, durante cuyo tiempo, el electro E' se imanta, el contacto A' es atraido, levanta poner las agujas á la hora. Reloj de Houdin.-En .este sistema el pén- el resorte R' y el peso m', de suerte q_ue el dulo-recibe la impulsion en los limites de su gancho e' se introduce en el resorte R'. En s carrera. P P (fig. 618) es el péndulo, que está se encuentra un resorte de retencion. CONTADORES ELECTRO-CRONOMÉTRICOS. - Se suspendido por la hoja de acero ~ a, puesta en llaman así unos aparatos movidos por la eleccomunicacion por o' con el polo positivo de la pila, y por el otro lado con los dos brazos tricidad, que indican las mismas horas en vametálicos B, B' , que se ponen alternativa- rios cuadrantes separados unos de otros y mente en contacto con los resort~s R, R', distribuidos á distancia. Ya en 1840 Wbeatsfijos en e, e'. El resorte R comunica por el tone empleaba su telégrafo de cuadrante que hilo n', con el electro E situado en el lado indicaba la hora, cuya rueda de interrupcion opuesto; el otro resorte R, por el hilo n, con del manipulador la movía un reloj propiael electro E. Despues que estos hilos han ro- mente dicho. Otros inventores, erítre ellos deado bien los electros se unen al boton o, Bain, Froment y en particular: Garnier, hicieque comunica con el polo negativo de la ron práctica esta aplicacion, tanto, que en pila. Las armaduras A A' de los electros le- Lille, en la estacion del ferrocarril y en las vantan, al ser atraídas, los resortes R, R', y líneas de Lyon y del Oeste de Francia, estatambien los pequeños pesos 111., m' fijos á los bleció éste último relojes de agujas que marextremos d-e las palancas acodadas m a, m' a' chaban de acuerdo con las de un regulador ó provistas de ganchos e, c' que cogen y man- reloj tipo. Posterimmente, en algunas ciudades se instalaron relojes transparentes que, tienen levantados los resortes R, R'. Supongamos ·que, inclinándose el péndulo por medio de una corriente, dab~n la hora hácia la derecha, el brazo B' levante un poco del regulador con que comunicaban.

TIMBRES Ó CAMPANit.LAS ElECTRICAS

La fig. 619 representa uno de estos relojes faroles, con una de las disposiciones imaginadas por Detouche para el funcionamiento del minutero. A es el electro-imán; cada vez que el circuito se cierra por el reloj-tipo, el extremo e de la palanca acodada e o r es atraido,. y, bajando el extremo r, impele un gatillo representado aparte en K, que hace marchar la rueda R unida á la minutera. EJ gatillo K está articulado al extremo de la palanca O a, é impelido por el resortes; u es un aditamiento de retencion, que pára la rueda al encontrarse bajo el gatillo. En este s1ste:.. ma, la impulsion producida por el electro va aumentando y la aguja del cuadrante experimenta una sacudida en el instante de pararse. Bain evita este inconveniente haciendo marchar el gatillo por el resorte de atraccion, en el momento en que cesa la corrieute en el electro, como en el minutero del reloj de Houdin (fig. 618). CONTADOR DE BREGUhT.-En el contador precedente, para atraer el contacto, el electro debe vencer la resistencia del resorte de atraccion. La fuerza del electro cambia con relacion á la de la corriente, y ésta depende de las variaciones de la pila y del estado de la atmósfera. Como no sea fácil aqu.í reglar diariamente la tension del resorte, como en los telégrafos, los aparatos se descomponen muy á menudo, lo cual corrige Breguet produciendo los dos movimientos del contacto por medio del electro-iman, sin emplear resorte. La figura 620 representa la disposidon empleada, cuyo principio se debe á Cecchi . La palanca L, que con su oscilacion hace marchar al minutero, está fija á un el~ctro E E móvil alrededor de su eje, y lleva dos piezas polares e' e que oscilan entre los polos opuestos de dos imanes de herradura n a s, n' a'' s'. El regulador lanza la corriente , al electro, alternativamente en sentidos opuestos, de modo que las piezas e' e están atraídas ya á la derecha, ya á la izquierda. D1srnrnuc10N.-Se han empleado un cúmulo de disposiciones distintas para cortar y dar la corriente por medio del péndulo de re loj-tipo. Cuando se emplea un reloj eléctrico, nada tenemos que añadir á cuanto hemos dicho, y el contador (fig. 617), más ó menos apartado del péndulo regulador, comunica

735 con él por medio de hilos aislados. Mas, si se trata de un reloj ordinario, la más insignificante resistencia podrá modificar su movimiento. Por esto, Foucault hace que el péndulo cierre el circuíto en el instante en que pasa por la vertical, es decir, cuando, por ttner allí su mayor velocidad, es menos sensible á las causas de perturbacion . P (fig. 621) es la espiga del péndulo, y r, r' son dos resortes que cierran el circuíto cuando se tocan en el punto a. La union la establece el péndulo, por medio de una espiga b y la palanca t articulada en o con una punta que se introduce en una pieza de ágata situada en el resorte r. CoMUNICACIONEs.-Para poner en comunicacion el reloj-tipo con los varios contadores, se emplean ordinariamente hilos aéreos que pasan por los varios electros, y así funcionan todos al mismo tiempo. Por medio de corrientes derivadas, pudo Garnier auIJ)entar eÍ número de contadores sin perjudicar en nada á los ya existentes. Estableció primero un hilo prind.pal al cual soldó los extremos del hilo de cada electro, que así recibe una corriente derivada. La electricidad se divide entre los varios circuítos derivados, inversamente á su resistencia. PRODUCCION DE LAS CORRIENTES.-Ordina....: riamente se emplea una pila. Bain trató de producir la corriente introduciendo simplemente en el suelo húmedo una hoja de cobre y otra de zinc, lo cual formaba una especie de pila de Bragation. Glresner empleaba corrientes de induccion magneto-eléctricas: un imán vertical de herradura rodeado con una hélice que forma parte del circuíto, lleva un contacto móvil y está provisto de un aditamiento golpeado con un martillo que se levanta á intervalos iguales por medio de las e-lavijas de una de las ruedas de_un gran reloj. El golpe de martillo separa el contacto, produciéndose una corriente inducida en ]a héli.: ce, seguida de otra, en el instante en que se levanta el martillo, permitiendo con ello que el contacto se precipite sobre el imán. REGULADORES DE LOS RELOJEs.-En vez de hacer marchar los contadores por medio de un reloj-tipo, hace Breguet qu~ varios relojes ordinarios concuerden constantemente entre sí. Para ello, suprime el péndulo de estos re-

736

FÍSICA lNDUSTRIAL

lojes y hace marchar el escape por medio de las oscilaciones del contacto de un electro, por el cual pasa la corriente de un regulador, y la intercepta á cada oscilacion de su péndulo. El electro-imán ya no obra como motor y una pequeña corriente basta. Bain se contenta con regularizar, cada 12 horas, los relojes independientes unos de otros. Al final del período, cuando la aguja de los minutos del regulador está vertica_l, este último cierra un circuíto que pasa por un electro situado detrás de cada cuadrante, cuyo contacto se levanta entonces y hace subir una horquilla en forma de V. Esta comunica con una clavija fija detrás de la aguja, de suerte que dicha clavija la dirige hácia su ángulo, y así la aguja vuelve á la vertical en el mismo instante que la del regulador. Faye propone sustraer los relojes astronómicos de la influencia del calor, colocándolos en sótanos de temperatura invariable y poniéndolos en comunicacion por hilos eléctricos con el contador de segundos situado en fa sala de observacion. Los péndulos eléctricos son los prefenbles en este caso, puesto que la humedaa de los sótanos no les es tan perjudicial como á los relojes de rodajes. Cronógrafos y cronóscopos.

Desde 1840, aplicó Wheatstone la electricidad para medir los intervalos de tiempo extraordinariamente cortos. Los aparatos que para ello empleaba los llamó crosnóscopos, destinándolos principalmente para conocer la velocidad de los proyectiles. La figura 622 representa su disposicion. Un reloj h cuyo movimiento se pára .con un . .gatillo retenido por la atraccion del hierro dulce de un electro-iman, señala las fracciones de segundo. Los hilos del electro animado por la pila P, van á parar á un blanco compuesto de dos partes a y b que cierran el circuíto al tocarse. Este circuíto está ya antes cerrado por un hilo de derivacion t que pasa por delante de la boca del cañon que debe arrojar el proyectil. Al salir éste .de la pieza, rompe el hilo c, interrumpe con ello· el circuíto y se pone en marcha el reloj. Pero, al chocar la bola con el blanco, cierra el circuíto en a b, parando el movimiento del reloj. El desplazamiento de las agujas dará, en milésimas de segundo, el

tiempo empleado por la bala en recorrer el espacio c o. Este sistema presenta algunos inconvenientes; por ejemplo, el electro-iman no abandona su contacto instantáneamente, y el paro necesita tam bien cierto tiempo para hacer cesar el movimiento ó soltarle. Hipp perfeccionó notablemente el aparato haciendo que el reloj marchase constantemente, pero las agujas sólo reciben su movimiento en el instante en que los dientes de una rueda de que dependen, se introducen en los de cierta rueda del reloj, cuyo movimiento es producido por el electro-iman. CRONÓGRAFOS. - En 1843, Constantinoff midió la velocidad de los proyectiles por medio de un aparato registrador muyingenioso, cuyo principio estriba en un reloj que hace girar· un cilindro con una velocidad de dos vueltas por segundo. Dos lápices, retenidos por la armadu_ra de un ele~tro, tienen su punta muy cerca de una misma arista del cilin1iro. Uno de los electros forma parte de un circuito cuyo hilo, enroscado un gran número de veces por el interior de un cuadro ó blanco, debe romper el proyectil. El hilo del otro electro pasa por un segundo blanco dispuesto como el primero. Al atravesar la bala el primer blanco, rompe el circuíto del primer electro-iman; el lapiz que tiene se apoya entonces en el cilindro y traza una línea perpendicular á las .aristas. Cuando el proyectil rompe el hilo del segundo circuíto, el segundo electro-iman hace que su lapiz trace igualmente otra línea. La distancia entre los puntos de partida, de estas líneas dá á conocer el tiempo empleado por la bala para ir de un blanco á otro. Por ejemplo, si esta distancia es de 5 milésimas ele la circunferencia del cilindro que dá dos vueltas por segundo, el 2 000 tiempo buscado será · ' de segundo. El

tiempo que emplean los dos lápices en tocar al cilindro es sensiblemente el mismo, por lo tanto, no contendrá error, siempre que los dos electro -imanes sean idénticos. Siemens corrige la dificultad de llenar esta segunda condicion, empleando, en vez de lápices las chispas de dos botellas de Leyden, qua producen una ligera mancha en el cilindro de acero, y cuya descarga determina el paso" de la bala á través del blanco.

TIMBRES Ó

(:AMPANILLAS

ELECTRICAS

737 el antiguo fusil de municion, reglamentariamente cargado. CRoNóscoPo DE NAVEZ.-Este sistema, que data de 1848, es una combinacion del cronóscopo eléctrico y el péndulo balístico. Se distinguen en él: I. un cron6scopo E p (figura 624); 2. un dt'syuntor nn' ; 3. un conyuntor E' b. El cronóscopo está formado por un péndulo p suspendido en el centro de un círculo dividido . La lente lleva un pequeño pesQ de hierro para que pueda adherir á un electroimán horizontal E fijo al circuíto por medio de un tornillo, y cuyo hilo termina en los bornes a, e. El eje sobre el cual oscila el péndulo, está cubierto con un manguito provisto de una rodela de hierro dulce que sostiene una aguja l terminada por un vernier. El péndulo arrastra consigo la aguja y el manguito por me<lio de un ligero resorte que le permite moverse al parar un electro á la agÚja, que atrae la rodela de hierro dulce, colocada detrás de aquella y cuyo hilo va á parar á los bornes a', e'. El conyuntor E' b consiste en un electro vertical E' que sostiene una masa de hierro m que, al caer sobre el resorte r, introduce su extremo curvado en tl mercurio, y cierra un circuíto de que forma parte este reso1ie y la hoja de cobre b. El dt'syuntor n n' se COJDpone de dos hojas de cobre fijas e, e aisladas que comunican con los botones n n, y entre los cuales se introducen otras dos hojas aisladas e', e', fijas ~ una espiga que atraviesa un cilindro o, en 1 cuyo interior tiene un resorte cilíndrico que con un paso de corriente de - - de segun_5,000 tiende á alejarlas de las hojas e, c. Al empudo de duracion. jar la espiga, ias hojas se tocan, y los borPouillet aplica su método para medir el nes n, n, n', n ' , comunican de dos en dos. tiempo que emplea una bala en recorrer el Por medio de un paro se mantienen estas hojas cañon de un fusil. El hilo del circuíto pasa en contacto; mas al oprimir el boton o, se por/ (fig. 623) y está interrumpido en o. Al suelta el paro , y el resorte hace retroceder caer el gatillo, el circuíto se cierra en o, y la instantáneamente las hojas e' , e'. corriente pasa hasta el instante en que la bala El aparato contiene tres circuítos: los dos corta al salir, el hilo f. De la d11sviacion im- primeros señalados r y 2 (fig . 624) reciben la pulsiva de la aguja del reómetro R se deduce electricidad de la pila P; el uno represenpor medio de la tabla, la duracion de la cortado con un doble trazo, pasa por el elecriente, y por consiguiente el tiempo empleado tro E, el blanco R, en el cual forma sinuosipor la bala en recorrer el cañon. Pouillet dades, y por el disyuntor n n '; el otro 2, representado con un simple trazo, pasa por el encuen t ra as1, -I -,a -I -d e segun d o, con electro, situado detrás de la rodela de la agu130 I 50

Los cronógrafos han recibido muchos perfeccionamientos, y entre ellos citaremos el de Pouillet, basado en uh principio nuevo, y el de Navez, aparato muy exacto, y con el cual se han practicado muchos experimentos para obtener los datos necesarios para calcular las tablas de tiro. CRONÓSCOPO DE PoUILLET.-En el método de Pouillet, el tiempo muy corto durante el cual pasa una corriente, se deduce de la desviacion t'mpulst'va de la aguja de un reómetro. Se construye primeramente una tabla de las desviaciones correspondientes á duraciones conocidas del paso de la corriente: se . pega en un disco de vidrio una faja de estaño que vaya del contorno al centro, puesta en comunicacion con uno de lbs polos de una pila. Un resorte unido al otro polo se apoya en el otro polo, y en el contorno, para que se cierre el circuíto cuando la hoja de estaño pase por d·e bajo del resorte. Se hace girar el disco con una velocidad uniforme, y se Qbserva durante un paso de la faja de estaño, la desviacion impulsiva que recibe la aguja de un reómetro introducido en el circuíto. Se compara luego esta desviacion del paso de la corriente, deducida de la velocidad del disco y del número de grados que ocupa la faja de estaño sobre su contorno. Repitiendo el experimento á varias velocidades, se construye una tabla, pero apropiada solamente á la corriente y al reómetro empleado. Así encuentra Pouillet una desviacion de r 5 grados, con un reómetro de Melloni y un par de Daniell,

FÍSICA JND.

11.-93

738

FÍSICA INDUSTRIAL

ja l, y por el conyuntor E' b y el disyun- interrumpe el circuíto r y cae el péndulo. tor n n'. El tercer circuíto, representado por Al cabo de un instante, la bala corta el ciruna línea de puntos, que recibe la corriente cuíto 3 en R', el peso m cae, cierra el cirde la pila P', pasa por un segundo blanco R' cuíto 2 y para la aguja l. Si los dos circuítos 1 y 3 se hubisen abierto en elmismoinstante, y por el conyuntor E' b'. Sabido esto, se practica primero un expe- es decir, si la bala no hubise empleado ninrimento preliminar. Encontrándose cerrados gun espacio de tiempo en franquear la dislos circuí tos I y 3, y por. io tanto, .las hojas tancia R R', la aguja se hubiera parado en ex, del disco n n· en contacto, se hace adherir el por no cambiar ninguna de las condiciones péndulo pal electro E, se coloca la agujal en del problema; mas como la aguja se para un el cero de la division y se cuelga el peso m poco más allá, en ex', y la diferencia ex ex' cordel electro E' del conyuntor. Se comprime responde al tiempo empleado por la bala en luego el paro o; los circuí tos I y 3 se a bren recorrer la distancia R R', este tiempo se poen el mismo instante, y salta el péndulo p así dria deducir por el cálculo atendido el valor como tambien el peso m cuyo peso cierra el de los arcos o ex, o ex'. El grandor absoluto de circuíto 2 entre r y b; el electro situado de- estos arcos depende evidentemente del tiempo trás de la aguja l atrae la rodela y coloca esta que emplea el peso men caer sobre el resorte r. aguja en una posicion ex, mientras continua el Así pues, colocando el electro E un poco más péndulo sus oscilaciones. Se vuelve el apa- alto, se podrá dará estos arcos el gr:mdor que rato á su estado primitivo y se dispara el ca- mejor convenga al cálculo del tien;po emñon. Al cortar la bala el hilo del blanco R, pleado por la aguja para pasar de ex á ex'.

CAPÍTULO XVI Telefonia, microfonia, fomografia &.

TELE FON IA

ya que por medio de la electricidad, es fácil transmitir á lo lejos señales, ya por movi~ ~ rnie1:tos variados ó ya por im,_¿, , = • - ~ oJ pres10nes permanentes. Posteriormente se ha podido transmi, l' ' ~ tir la palabra, igualmente por medio de coJrientes. Ya de muy antiguo, se sabia establecer comunicacion á grandes distancias empleando tubos acústicos, y tambien hilos que propagaban ondas sonoras por su elasticidad; cuando al establecerse las líneas telegráficas se practicaron algunos ensayos para la transmision de sonidos musicales, por medio de corrientes, Bourseul, en 1854, indicaba ya cómo, valiéndose de una placa delgada cuyas vibraciones cerraban y abrían alternativamente el circuíto de una pila, era fácil hacer vibrar á lo lejos otra placa que reprodujera el sonido que habia hecho vibrar la primera, y decia él que, perfeccionando este sistema, era indudable que se llegaría á transmitir la palabra. En 1860, Riess dió á conocer, con el nombre de teléfono, un aparato en el cual un estilete dispuesto como el del fonautógrafo de Scott, producia en una corriente intermitencias que hacian vibrará distancia un alambre de hierro cubierto con una hélice, tenido sobre ABEMOS

J_,¡¡

!:Si .

una caja reforzadora. Otros varios inventores idearon sistemas análogos á éste; Varley, Pollard y Grenier añadian un condensador; Elisa-Gray, que empleaba un diapason como interruptor de la corriente, consiguió en 1874, transmitir las palabras articuladas; Hasta entonces era necesaria siempre la corriente de una pila, y en general, sólo se transmitian sonidos musicales que, por lo demás, se empleaban para formar señales telegráficos. Persistiendo Graam-Bell en sus estudios sobre los caractéres de los sonidos vocales, y sobre el modo como se transmiten las corrientes intermitentes, pudo distinguir las que él denomina corrientes ondulatorias, y reconocer la necesidad de su empleo en la transrnision de la palabra. Las corrientes ondulatorias son aquellas en las cuales las intermitencias se producen, no ya por supresiones y restablecimientos bruscos de la corriente, sino por refuerzos y debilitaciones que van pasando de unos á otras de un modo continuo. Tales son los producidos por las corrientes inducidas debidas á lai vibraciones de una hoja de hierro cerca de los polos d~ un imán.. Con estas corrientes prnscin:de Bell de la pila y obtiene resultados muy notables. TELÉFONO BE11.-La figura 625 rel}resenta una seccion loogitudina'1 del teléfono , que

740

FÍSICA INDUSTRIAL

sirve indistintamente de transmisor ó de receptor. Se distinguen en él, un imán A B, en el cual el polo A está ·rodeado de una bobina de hilo muy fino cubierto de seda, dando miles de vueltas. Los cabos salen por C y todo el instrumento está revestido con una envoltura de madera. Una hoja circular muy delgada, de hierro, m n, está · colocado al igual que una membrana muy cerca del polo A del imán, distancia que se regula por medio del tornillo v. Esta hoja de hierro está sujeta por sus bordes m n entre la base de la envoltura y un anillo de madera a a vaciado en forma de embudo. Los dos hilos/,/ están en comunicacion con los dos de un aparato idénticosituado á distancia, y el que quiere oír aplica la oreja en la embocadura del instrumento. TEORIA DEL TELEFONo.-Al hablar al apa~ rato, la hoja de hierro principia á vibrar y cambia alternativamente su situacion relativa!?ente al polo A, de lo cual resultan corrientes de induccion alternativas. Los sonidos mezclados que ocasionan el tim'bre de las vocales, producen vibraciones sobrepuestas en , la hoja, que se subdividen en partes vibrantes tanto más pequeñas cuanto más agudo es el sonido á que responden, al igual de lo que se verifica en la resonancia múltiple; y estas vibraciones sobrepuestas producen corrientes inducidas concornitentes, que accionan sobre el imán del teléfono receptor, y le transmiten las modificaciones magnéticas que las han engendrado. Estos movimientos magnéticos obran á su vez en la hoja de hierro, y le imprimen vibraciones sobrepuestas semejantes á las que poseía la hoja del receptor. Esta superposicion de los movimientos no es fácil de comprender, en particular si se considera lo insignificante de estas corrientes, y Boscha demuestra que puede oírse con

y hojas en las cuales se apoyaban placas de madera ó de cauchú. Tambien se ha probado que las vibraciones moleculares que se resuelven en el imán, participan de los efectos producidos por el receptor, corno lo demuestra el que Edisson, en 1877, y Blyth y Preece, obtuvieron resultados, bien que muy débiles, con teléfonos de hoja de cobre; lo cual se explica por efectos de magnetismo por movimiento. Suprimiendo Spotiwood la hoja del receptor pudo percibir tambien sonidos, y Canestellí, palabras articuladas . La hélice del receptor participa igualmente de las vibraciones transmitidas: Rosetti observó que aquella oscilaba á lo largo del barrote, cuando no estaba bien sujeta. Además, Roy percibió, aunque débilmente, con la hélice sola, y observa que introduciendo un barrote de hierro en esta hélice, y mejor aun el polo de un imán, se daba mayor-intensidad á los sonidos. Por lo demás, una hoja de hierro que se coloque, aumenta siempre la intensidad, en particular para la articulacion de las palabras. Por lo que antecede, se vé que la teoría del teléfono presenta más de un punto oscuro y que es neces.ario un gran estudio para aclararla. Lo que más choca es la sensibilidad del aparato y que fuerzas tan insignificantes produzcan efectos tan acentuados . EFECTOS DEL T~LÉFONO.-Para experimentar los efectos del teléfono, se dirige la voz á la embocadura articulando las palabras con la mayor claridad. El que escucha debe apoyar la abertura del instrumento á la oreja. Los sonidos percibidos no son tan intensos como los emitidos, y presentan un carácter particu· -lar, pues parece como si se oyeran á través de un muro, y su timbre es algun tanto nasal. Cuando son frases lo que se transmite, los dos interlocutores deben tener dos instru1 corrientes de intensidad que no llegue á - - 100000 mentas cada uno, aplicado el uno á la boca y de la de las corrientes de un par de Daniell. el otro al oído, para estar prontos á cada insPor esto s.e admitió desde luego la influencia tante á poder hablar y escuchar. Pueden pode las vibraciones moleculares en la hoja del nerse varios receptores en comuntcacion con receptor, por ser insensibles las vibraciones el mismo hilo, por medio de ramales. Segun los experimentos de Breguet, opede totalidad. De los experimentos de Breguet rando con dos instrumentos separados por reresulta realmente cuanto acabamos de exponer; tanto, que obtuvo resultados empleando sistencias _e quivalentes á un millar de kilómehojas de hierro de I 5 centímetros de espesor, tros de alambre de hierro de 2 milímetros de

TELEFONIA

diámetro, se puede admitir que podrá oirse á distancias muy grandes. En ciertas líneas telegráficas, en América y en Alemania, los teléfonos se encuentran á disposicion del público. Estos instrumentos tienen una sensibilidad tal, que las corrientes intermitentes que pasan por los hilos telegráficos suspenrlidos en los mismos postes, se sienten en el teléfono por efectos de induccion, hasta el punto que, un hilo colocado paralelamente á 50 centímetros de otro, permite percibir palabras transmitidas á través de este último. Estos efectos de induccion se evitan, utilizando, para completar el circuíto, efl vez de la tierra, un hilo de retorno próximo al primero, para que las inducciones inversas se destruyan. Generalmente no es fácil percibir los sonidos transmitidos más que aplicando el teléfo.no receptor al oido. De ahí la necesidad, para el que escucha, de emplear un avisador, aparato que se construye de varias clases con este objeto especial. . Tambien se ha podido oirá distancia, particularmente el canto y los sonidos de los instrumentos. Son varios los inventores que han construido teléfonos con varias hojas vibratorias provista cada una de su correspondiente imán con su bobina, y en los cuales las ondas sonoras vienen perpendicularmente de la embocadura, cuyo cuello se divide en varios ramales. En este caso los efectos son más intensos. Wurtzbourg aplica la gran sensibilidad del teléfono á las investigaciones fisiológicas; de suerte que produce convulsiones en una rana reoscópica, al hablar en un teléfono puesto en comunicaéion con el nervio descubierto. Arsonval observa que este instrumento es más sensible que los miembros de la rana, y lo utiliza para evidenciar las corrientes musculares, tan difíciles de observar con los reómetros más sensibles. Colocaba un diapason interruptor en el circuíto, y si pasaba una corriente, el teléfono reproducía inmediatamente el sonido del diapason. TELÉFONOS CON PILAs.-Mucho se ha variado la forma de los teléfonos, pero por último se ha vuelto al sistema de pilas, con lo cual se han conseguido corrientes intermitentes ondulatorias, haciéndolas pasar á través de los conductores imperfectos, ordinariamente

741

del carbon resultante del negro de humo comprimido. En el teléfono de Edisson hay un disco de carbon comprimido entre dos hojas de platino, por las cuales pasa la corri~nte que atraviesa este disco. La hoja metálica vibrante, que ya no necesita ser de hierro por no existir imán, está en comunicacion con el disco por medio de una rodela de corcho, de cauchú ó un anillo de hierro. Las vibraciones que recibe determinan en el carbon compresiones intermitentes que hacen variar su conductibilidad, y, por lo tanto, la intensidad de las corrientes intermitentes, que adquieren entonces el estado ondulatorio. Varios físicos, ·Gray el primero, amplían los resultados haciendo pasar las corrientes intermitentes por el hilo inductor de una pequeña bobina de Ruhmkorff sin interruptor, y dirigen las corrientes inducidas al receptor . Observando Navez que las variaciones de presion son particularmente sensibles en las superficies, aumenta tambien los efectos apilando varios discos de carbon entre puntas de plombagina en contacto con la hoja vibratoria, y así la corriente pasa de una á otra punta, ó de una punta á la hoja, con mejores resultados. TELÉFONO G.AWER.-En cierto número de modelos de teléfono, lo~ dos polos del imán está.u muy cerca de la placa de hierro dulce con el objeto de comunicar la vibracion más · enérgica, que es lo que tiene lugar en el de Gawer, cuyo imán O (fig. 626) tiene la forma de un semicírculo; sus polos norte y sud están curvados en sentido del diámetro que le determina, y en sus extremos llevan dos carretes ó bobinas de hilo. Estos polos van á parar cerca de la placa vibratoria, que constituye una de las bases de una caja circular que contiene el imán y las bobinas. La embocadura está situada en el extremo de un tubo flexible. El aparato tiene además una dísposicion que sirve de señal de aviso ó de alarma, lo cual permite prescindir de campanilla. Soplando en el tubo se hace vibrar una pieza metálica A situada cerca del diafragma, cuyo movimiento oscilatorio se trasmite con la suficiente energía para producir en el receptor un sonido muy intenso. TELÉFONO ADER.-El imán A del teléfono Ader (fig. 627), tiene la forma de anillo y sirve

fÍSICA INDUSTRIAL 742 al propio tiempo de mango; sus dos polos cierra el circuíto de la campa_nilla de la estatienen dos almas de hierro dulce B perpendi- cion de servicio. Tomando el teléfono con culares al diafragma y cubiertas por el hilo la mano, se le cierra, por el contrario, y ya M de la bobina. Lo que caracteriza especial- puede .principiarse la conversacion. mente este aparato, es la existencia ele un Este aparato presta muy buenos servicios anillo de hierro dulce X X situado á la otra en instalaciones sencillas; para completar, cara de la placa de hierro, que se imanta bajo por ejemplo, el servicio de timbres, en cuyo la influencia del imán. Este anillo cambia la caso puede combinarse el dar un golpe para distribucion de las líneas de fuerza, y la placa llamar y dos golpes para el teléfono. lNSTALACION DE LOS BOTONES TELEFÓNICOS.se encuentra situada en un campo mucho más intenso y así produce un sonido más fuerte. La montura de estos aparatos está poca difeTELÉFONOS ÜCHOROWIEZ, ARSONVAL y COL- rencia igual al de las campanillas. Basta susSON.-En el teléfono Ochoroviez (fig. 628), tituir los botones ordi_narios por botones teleel imán tiene la forma de un cilindro hueco fónicos, y añadirá la estacion de servicio, que cuyos polos, rodeados por las bobinas, se enen general no tiene necesidad de llamar á las cuer1tran en el interior d~ una especie de caja otras, un boton telefónico particular, que se plana cuyas dos caras están formadas por pla- distingue de los demás por no tener boton de cas de plancha. Se distingue, pues, por el em- aviso, y por la presencia de un conmutador pleo de dos placas vibratorias sometidas á la especial que introduce la campanilla en el cirinfluencia del mismo imán, y por el sistema cuíto al encontrarse en reposo, y la sustituye de union de la caja telefónica, susceptible de por el teléfono al cojer el boton con la mano. vibrar toda entera, estando fijada solamente La figura 630 representa una instalacion de por el centro de la segunda placa de plancha. esta clase, en la cual las estaciones ordinarias En el teléfono · de Arsonval, el imán tiene pueden llamar á la estacion de servicio sin la forma curva: uno · de los polos lleva un reciprocidad. Si la estacion de servicio tiene cuadro indialma de hierro dulce á cuyo alrededor se enrolla el hilo de cobre: el otro termina en un cador, no por esto cambiará la disposicion que. alma hueca de hierro dulce que rodea com- acabamos de describir; el cuadro se monta como de ordinario y la estacion de servicio pletamente esta bobina. En el de Colson la forma del imán es de conoce entonces de dónde provienen las lla- espiral: uno de los polos, situado en el centro madas, lo que se ignoraba en el primer caso. Si se desea reciprocidad y que la estacion del aparato, es el que lleva la bobina; el otro se pierde en anillo circular; la placa de hierro de servicio pueda llamar á las otras, la instalacion será más complicada entonces, y podrá dulce está situada entre los dos polos. Con estas disposifiOnes se concentran la_s emplearse el mismo teléfono corno aparato de líneas de fuerzas en la parte del aparato en aviso. Para ello, en la estacion de servicio se coloca una bobina de induccion provista de donde se encuentra la placa vibratoria. BoTON TELEFóNrco.-El botan telefónico de temblon, cuyo hilo inducido comunique con Barbier tiene por objeto establecer una comu- la línea :_ U nos botones especiales permiten nicacion telefónica utilizando los hilos de una cerrar, cuando se quiera, el circuíto inductor instalacion de los timbres eléctricos, y estos en la pila y dirigir al propio tiempo las cormismos timbres para las llamadas de atencion. rientes inducidas al teléfono de la estacion Está formado por un pequeño teléfono Bell, que se quiera interpelar, en la cual producen de forma circular (fig. 629), que sirve alterna- ruidos suficieuternente intensos para que se tivamente de transmisor y de receptor. En es- les oiga en toda la pieza. tado de reposo, se coloca por medio de cuatro En este caso es necesario qu_e el circuito laminitas que forman resorte, en un pequeño esté constantemente cerrado en los botones disco de madera fijo al muro, disco que con- telefónicos para que la estacion de servicio tiene un conmutador formado por una hoja pueda llamarles ,mando le convenga; por lo elástica, flexible. Apoyando en el bo~on dis- demás, la pila debe encontrarse tambien en el puesto en la parte anterior del aparato, se circuíto á fin de que cada estacion pueda lla-

TELEFONIA

mar cuando lo desee; así será necesario, ó dejar que la pila trabaje sin interrupcion, lo cual la gastará con rapidez, ó emplear mayor número de hilos, lo cual complica la instalacion Este doble inconveniente se evita empleando los corta-circuítos electrolíticos de Arsonval. Cada uno de estos aparatos se compone de cuatro pequeños elementos secundarios cerrados _herméticamente y formados por dos hojas de hierro sumergidas en una pasta húmeda á base de potasa. Estos pares, ocultos en el basamento de los botones telefónicos ó intercalados en el circuíto, se cargan rápidamente bajo la accion de la corriente que les atraviesa, y como su fuerza electro-motriz se equilibra al instante con la de la pila, ya no pasa corriente alguna aunque esté cerrado el circuíto . .Esto no impide, sin embargo, el paso de las corrientes muy enérgicas de la bobina de induccion. La figura 63 r representa la disposicion de los hilos para el caso que nos ocupa. TELEFONO DOMESTICO.-Tanto este modelo como el anterior, puede añadirse fácilmente á una h1s(alacion de timbres ya existentes. Es muy sencillo y de sólida construccion; no se descompone y se adapta muy bien á las instalaciones domésticas. La figura 632 representa el aparato en reposo y en funcion. La figura 633 representa la instalacion general en un edificio con una estacionen cada piso y un cuadro central situado en la casilla del portero; este cuadro indicador está representado aparte al tercio de su tamaño natural. Para esta instalacion basta una sola pila, que se coloca cerca del cuadro. Transmisores microfónicos.

MICRÓFONO DE HUGHES.-Losteléfonosmagnéticos que acabamos de describir, son reversibles y pueden servir á la vez de receptores y de transmisores. Sin embargo, apenas se les emplea para este último uso, á no ser en distancias muy cortas, en atencion á que las corrientes inducidas que engendran son insignificantes, tanto que, segun Warren de la Rue, alcanzan cien millonésimas de ampere. Desde luego, más allá de cierta distancia, roo metros, por ejemplo, será muy conveniente emplear transmisores más poderosos

743 que utilicen las variaciones de intensidad de la corriente producida por una pila. Estas son, en general, modificaciones del micrófono de Hughes. Este pequeño instrumento (fig. 634) se compone de dos pedazos de carbon o y u fijos á una tabla vertical, en los cuales se han practicado dos pequeñas cavidades, y en ellas penetran los extremos de un carbon C formado con la misma substancia. Las dos piezas están en comunicacion con un teléfono que sirve de receptor y con una pila. Al producir un sonido enfrente del aparato, entra éste en vibracion, y el carbon móvil experimenta ligeros desplazamientos que modifican sus contactos con los dos carbones fijos y hacen variar, por lo tanto, la resistencia del circuíto . De esto resultan variaciones de intensidad en la corriente que atraviesa el teléfono receptor, y se producen en éste cámbios de estado magnético del barrote y vibraciones de la placa de palastro que corresponderán exactamente con las variaciones de resistencia del circuíto y concordarán con las vibraciones emitidas por el aparato. Mas, en este caso, la intensidad de su percepcion no depende tan sólo de la de_l sonido emitido, si que tambien de la intensidad de la corriente de la pila y del grandor de los cámbios producidos en la resistencia. Desde luego, al revés de lo que tiene lugar con un transmisor magnético, se podrá amplificar el sonido transmitido aumentando estas dos cantidades; tambien permite el aparato percibir sonidos que difícilmente podria el oido hacerlo directamente , por ejemplo, el ruido producido por un insecto que camine por la tabla horizontal del micrófono. TRANSMISORES MICROFÓNICOS.-Las propiedades del micrófono han permitido construir, para distancias algo grandes, transmisores más enérgicos que los teléfonos magnéticos. Así, la mayor parte de los inventores, á su teléfono ordinario h&n unido un transmisor microfónico. Describiremos algunos de estos aparatos, en particular los correspondientes á los teléfonos que hemos indicado. Transmisor microjónico Ader.-Al teléfono antes descrito, el inventor adapta el transmisor microfónico (fig. 635) formado por una tabla de abeto que en su cara inferior

744

FÍSICA INDUSTRIAL

soporta tres carbones fijados paralelamente; diez carbones de igual substancia, divididos en dos filas de cinco, están dispuestos perpendicularmente á las espigas fijas, y sus extremos se apoyan en cavidades practicadas en las caras laterales de estas espigas. Así se obtienen diez micrófonos análogos al de Hughes: la corrier.te de la pila llega á uno de los carbones fijos, se iivide en cinco derivaciones que atraviesan los cinco primeros micrófonos; una division semejante á esta se repite en las otras cinco. Con esta disposicion se aumentan notablemente las variaciones de resistencia. Transmisor micro/ónico B erthon.-El micrófono (fig. 636) está formado por dos discos de carbon de retorta, fijos á un anillo de metal. El centro del intervalo que separa los dos discos está lleno de carbon pulverizado; un anillo de ebonita pegado á la cara interior de uno de los discos sirve para que este depósito de carbon no se derrame. Estos discos de carbon se sustituyen á -veces por dos placas de metal sobre unl:l de las cuales se pega en su centro una laminita de carbon. La corriente atraviesa siempre el aparato de un disco á otro y al hablar enfrente del instrumento, las vibraciones producen las variaciones de resistencia necesarias. La figura 637 representa el transmisor microfónico Ochorowiez unido á un teléfono del mismo autor. Instnlacion de las estaciones telefónicas.

EsTACIONEs TELEFÓNICAS. - Generalmente, en cada extremo de la línea se unen los aparatos destinados á la recepcion y á la transmision, la campanilla, y el boton de llamada ó de aviso; por lo comun se disponen todas estas piezas en un mismo soporte, provisto de bornes para sujetar los hilos; á este conJunto se da el nombre de de estact'on. Los teléfonos magnéticos prestan buenos servicios cuando las distancias son muy cortas, por la ventaja que tienen de funcionar sin pila; pero siempre se necesita una para que funcione la campanilla, á menos que se utilicen las campanillas magneto-eléctricas, en cuyo caso la estacion completa no necesita pila alguna. Observaremos, sin embargo,

que, por el gran uso que se hace hoy dia de las campanillas eléctricas, no hay nadie, puede decirse, que no posea algunos elementos Leclanché, que podrán, al propio tiempo, hacer funcionar la estacion telefónica. Aun en el caso más sencillo de emplear teléfonos magnéticos, existe un sinnúmero de disposiciones para instalar las estaciones y las líneas que las ponen en comunic_a cion. A veces, por ejemplo, cuando una de l~s estaciones debe servir únicamente para los criados ó personas poco experimentadas, es preferible no emplear conmutador, é instalar mayor número de hilos para establecer las comunicaciones; por lo general bastan cuatro y á veces tres si se sustituye el hilo de retorno por la tierra. En la generalidad de los casos se podrá disminuir el número de hilos, empleándoles sucesivamente para transmitir el aviso de la campanilla y reunir los dos aparatos telefónicos; aquí, basta con hacer uso de un conmutador. Así que se ha oido el aviso de la campanilla y una vez se ha respondido, se dispone el conmutador de modo que se introduzcan los teléfonos en el circuíto y salgan las pilas y la campanilla; terminada que sea la conversacion se vuelven á poner los conmutadores en las campanillas. E te manejo, que se ejecutaba á mano en los primeros aparatos, se hace hoy automáticamente, de suerte que el olvido ó el descuido de uno de los interlocutores no puede impedir el funcionamiento de los aparatos. Con este objeto, los teléfonos se cuelgan generalmente en unos ganchos ó se colocan en liras que sirven de conmutadores. Cuando están en reposo, su peso inclina los ganchos, dispuestos en el juego de la campanilla; al cojerles con la mano, se levantan los ganchos y establecen la comunicacion entre los teléfonos. Existen tambien unos sistemas en los cuales no hay ganchos, con lo cual no hay necesidad de colgar los teléfonos una vez terminada la conversacion. Basta, en este caso, cojer los aparatos con la mano ó dejar que cuelguen al extremo del conductor para introducirlos en el circuíto ó sacarlos de él. _ Las figuras 638 y 639 representan dos modelos, sistema Ader, algo distintos, de estaciones telefónicas, destinados ambos á los mismos usos domésticos. En el primero, una

TELEFONIA caja que se fija al muro ó á algun mueble, tiene en su centro un boton de aviso de campanilla ordinaria, seis bornes de union para los hilos de pila, de campanilla y de línea, y un doble gancho qtie constituye el conmutador. A este gancho se cuelga, al encontrarse el aparato en reposo, un teléfono doble, formado por un receptor y un transmisor magnéticos unidos por una empuñadura metálica. Un cable flojo establece la comunicacion entre los teléfonos y la caja, y contiene los conductores necesarios para las comunicaciones con la línea. · El segundo modelo difiere del primero en cuanto la caja contiene un temblon que hace las veces de campanilla; desde luego ya no son necesarios más que cuatro bornes de union. El teléfono que cuelga del gancho conmutador es igualmente del sistema Ader, con mango recto; los dos teléfonos de esta figura pueden sustituirse con el ya descrito antes (figura 627). lNSTALACION DE DOS ESTACIONES TELEFÓNICAS DOMÉSTICAs.-Las estaciones telefónicas, ya se empleen los aparatos que acabamos de describir, ó ya otros modelos, pueden instalarse de varios modos distintos, segun la comunicacion que se desea establecer y la longitud de la línea. Examinaremos los principales casos que pueden presentarse en una instalacion doméstica, sin ocuparnos de las disposic;:iones empleadas para comunicará gran distancia ó para reunir los abonados de una gran red. El caso más sencillo es, sin duda, el de dos estaciones que permitan á ambos interlocutores conversar juntos. ;Este es el que se presenta al establecer una comunicacion telefónica entre dos piezas separadas, entre dos oficinas,&. , , En este caso, podrá establecerse la comunicacion por medio de dos hilos, pero deberá emplearse forzosamente una pila en cada estacion, que es lo que representa la figura 640, en la cual se observan dos estaciones con un teléfono doble la una y con un teléfono simple de anillo la otra, amb_os del sistema Ader. Los bornes de cada caja están numerados de derecha á izquierda. Los dos primeros de cada estacion comunican con los polos de la pila correspondiente, los dos siguientes con los dos hilos de línea y los dos últimos con la campanilla de la misma estacion. Al encontrarse FÍSICA lND.

745 colgados los teléfonos en los ganchos, las campanillas comunican con los hilos de línea, y b:;ista oprimir uno de los botones para cerrar el circuíto y dar aviso á la otra estacion; al cogerles con la mano, se ponen en comunicacion con la línea, gracias al movimiento de báscula de los ganchos. Es muy conveniente haya dos teléfonos en cada estacion, instalados en la misma línea, que así cada interlocutor se coloca uno á la oreja y otro á la boca para escuchar y hablar al mismo tiempo, como en una conversacion d1recta; si sólo se trata de escuchar, se colocan simultáneamente los dos aparatos á las dos orejas. Instrucct'on.-A los bornes r se une el hilo que va al polo carbon de cada pila. A los bornes 2 se une el hilo que va al polo zinc de cada pila. Al borne 3 de cada estacion se une el hilo de la línea. Al borne 4 se une el segundo hilo de la línea ó hilo de retorno. Los bornes 5 y 6 de cada estacion están unidos á los dos bornes de su campanilla respectiva. Debe procurarse descubrir los hilos antes de unirles á los bornes. De distancia en distancia se sujetará, sin apretarle demasiado, el hilo con clavos de gancho. Para que funcione la pila basta verter un poquito de sal en cada uno de los vasos de vidrio y añadir agua hasta los dos tercios aproximadamente de su altura. Esta disposicion tambien pued~ dar resultados empleando una sola pila, situada en una cualquiera de las dos estaciones, en cuyo caso se añadirá un tercer hilo de línea. Se podrá adoptar una ú otra de estas combinaciones, segun la distancia: si ésta es pequeña, será ventajoso añadir un hilo y suprimir una pila, con tanto mayor motivo, por cuanto no habrá el engorro de su entretenimiento. La figura 641 representa la disposicion de dos teléfonos con una sola pila y tres hilos de línea. La estacion de la derecha, en donde se encuentra la pila, está instalada del mismo modo que en el caso anterior, sólo que el tercer hilo, el rojo, está unido al primer borne de la derecha, que comunica igualmente con el polo positivo. El otro extremo de este hilo r. u.-94

FÍSICA INDUSTRIAL suplementario se une al primer borne de la estacion de la izquierda; el segundo borne de ésta permanece vacío, y los cuatro últimos, como en la primera combinacion, están unidos á los dos hilos de línea blanco y azul, y á la campanilla. lNSTALACION DE UNA ESTACION CENTRAL Y VARIAS ESTACIONES SIMPLES (fig . 642).-El caso que acabamos de examinar es el más sencillo de todos. En vez de instalar dos estaciones solamente puede presentarse el caso de un mayor número, y entonces no todas las estaciones tienen la misma mision, por lo tanto, será ventajoso instalar un punto ó estacion central que comunique con todas las demás de un modo variable, segun el objeto que se proponga, y que pueda poner dos estaciones simples cualesquiera en cornunicacion entre sí. De este modo se pueden comunicar todas las piezas de un piso ó de una casa con la central, ó varias dependencias de una administracio n. En el primer caso, cada estacion simple debe poder llamará la central sin que sea necesaria la reciprocidad. En el segundo caso, podrá ser conveniente que la central pueda á su vez llamar á cada una de las estaciones simples. Si, por lo contrario, el director de una administracion ó de una fábrica quiere unir su oficina con los varios servicios puestos á sus órdenes, la central será entonces la que deberá llamar á cada una de las estaciones simples sin reciprocidad, y así no será necesario ni cuadro iradicador, ni campanilla, ámenos que se quiera que la estacion llamada pueda responder por campanilla ó por teléfono. Entre las varias combinacione s que pueden presentarse, tomaremos como ejemplo la última citada: una estacion central que pueda llamará tres estaciones simples sin reciprocidad, pero que la estacion llamada pueda responder por campanilla y por teléfono. En el presente caso, la central se compone de un doble aparato Ader, el uno para transmitir, el otro para responder; de una campanilla, situada en el interior de la caja, y de un con.mutador de manubrio que permite establecer su comunicacion con el de las estaciones simples que se quieran llamar. Estos conmutadores podrán recibir teléfonos dobles ó sencillos y campanillas interiores ó exteriores. La figura 642 representa la disposicion de los apara-

tos y el modo de unir los hilos para el caso que nos ocupa. SEÑAL VISil'lLE DE AVISO PARA TELÉFONOS.El teléfono Gower produce, como ya hemos visto, una señal fácil de oir, pero que no se deja ver. Ader, por lo contrario, ha imaginado una señal que permite conocer á simple vista el aviso. El electro-imán de este aparato (figura 643), presenta á poca diferencia la misma forma que el de Gower. Enfrente de los polos vibra una armadura análoga á la de una campanilla; pero, está provista de una a berturita en la cual penetra el gancho C de un paro fijado al extremo de una palanca L, móvil alrededor del eje X. La espiga M, provista de un contrapeso y la que lleva la señal, están fijas á esta palanca y giran al rededor de aquella. Al soplar, por ejemplo, en el transmisor Gower, las débiles corrientes de induccion que pasan por las bobinas B, comunican pequeñas vibraciones á la armadura R, vibraciones que van repeliendo poco á poco el gancho C, haciéndole salir progresivame nte de la abertura. Al quedar libre la palanca L se balancea alrededor de X, arrastrada por el peso de la espiga M y la señal respóndase aparece en un orificio practicado en la tapa del aparato. CAMPANILLAS DE AVISO MAGNETO-ELÉCTRICAS. -Cuando se empleen t~léfonos puramente magnéticos y no haya ninguna campanilla instalada; es indispensable entonces montar una pila únicamente para la campanilla de aviso. La montura y el entretenimien to de las pilas Leclanché no son.ciertamen te ni complicadas ni costosas; sin embargo, para simplificar aun más, se han imaginado, además de los aparatos ya descritos, unas campanillas movidas, no ya por la accion de una pila, sino por trabajo mecánico. Hé aquí una de las dispos.i:ciones que dá mejores resultados (fig. 644). Un timbre de acero T, fijo á un pivote vertical, cobija una barra imantada ligeramente curva y terminada por dos piezas de hierro cubiertas por las bobinas N y S. Supongamos que se golpee el timbre con el martillo de madera M, situado á poca distancia, á 90 grados de las bobinas N y S, movido por un resorte que se tienda separándole del

TELEFONIA 1

timbre con el dedo. Las vibraciones del timbre hacen variar la imantacion del hierro dulce y engendran en las bobinas corrientes de induccion que llegarán al teléfono rece.ptor, produciendo un sonido en él, que, reforzado por un resonador cónico, se dejará oir fácilmente á algunos pasos de distancia. Así que se ha oido el aviso, se suprime el timbre ó campanilla, pon~éndolo en corto circuíto por medio del resorte R. Hay otras campanillas cuyo transmisor (figura 645) es una especie de maquinita de Clarke, que, movida por un manubrio situado á un lado, transmite corrientes alternativas al receptor. Este, que se ve encima del transmisor, está formado por un electro-imán y una armadura polarizada que soporta un martillo móvil entre dos timbres. 'Los cambios de direccion de la corriente ha~en oscilar la arma- · dura, y el martillo golpea alternativamente los dos timbres entre los cuales está situado. El aparato representado comprende además un conmutador automático, un aparato microtelefónico Berthon-Ader, semejantes á los que describiremos luego, un elemento Leclanché, gran modelo, para el micrófono, una bobina de induccion y un para-rayos. CAMPAÑILLA ABDANK-ABAKANOWlEZ. - El botan de aviso de este timbre esta sustituido por una bobina suspendida á un resorte, y puede oscilar entre los polos de un imán (figura 646). Al coger el botan inferior desviándole de su posicion de equilibrio, la bobina continua.oscilando por un instante, engendrán'dose corrientes alternativas en el circuíto. Gracias á una disposicion especial, este circuíto permanece abierto cuando la campanilla no funciona, y se cierra cuando se hace vibrar el aparato. El receptor (fig. 647) consiste ordinariamente en una bobina unida á la línea y suspendida entre dos imanes fijos. Esta bobina está enrollada á una placa de plancha sostenida por un resorte terminando en martillo. Al atravesarla las corrientes alternativas resultantes de las oscilaciones del receptor, su alma s; imanta y adquiere alternativamente polaridades opuestas. Estos . cambios de imantacion le comunican un movimiento vibratorio, y el martillo con que termina gol pea el timbre á cada oscilacion.

747

lnstalacion de las estaciones microtelef6nicas.

EsTACIONES MICROTELEFÓNICAS. -Cuando la distancia entre dos estaciones exceda de roo metros, hemos dicho antes qÚe es preferible reemplazar el transmisor magnético por un micrófono provisto de una pila. Cada estacion destinada á transmitir y á recibir debe estar provista, en este caso, de un micrófono y de un teléfono receptor, con los accesorios ya indicados. Además de los modelos de estaciones microtelefónicas ya descritas, hé aquí otros dos destinados particularmente á los usos domésticos. Estacion doméstica Berthon-Ader.-Esta, (fig. 648) es una estacion móvil ó simplificada del sistema Ader. El transmisor, formado, como ya hemos visto, por dos barras de carbon, está fijo á la cara inferior de una tabla en forma de pupitre, y situado en el vértice de una columna móvil. Así es fácil colocar el ap¡:irato encima de una mesa ó un mueble cualquiera. Dos teléfonos del mismo inventor, destinados á utilizar ambos oídos, cuelgan de unos ganchos, uno de los cuales sirve de conmutador automático. El botan de aviso se encuentra, en la parte anterior. Un cordon flojo, compuesto de siete conductores cubiertos de seda, establece la union entre la estacion y los hilos de línea, la campanilla y la pila, por medio de una tabla con catorce bornes que se fija al muro en el punto de union de los hilos. El modelo <le la figura 649 es tambien del sistema Berthon-Ader. El transmisor Berthon está ajustado á una rodela que se aplica al muro, y está provista de un botan de aviso y bornes de union. Un gancho, que constituye el conmutador automático, soporta un receptor Ader. Estacion Trouvé.-La figura 650 representa una estacion microtelefónica en la cual todos los aparatos necesarios están•agrupados simétricamente en una tabla. En ella hay dos hilos que se dirigen á la pila y otros dos á la línea. El botan de aviso se encuentra en la parte inferior, y la campanilla encima; la caja de ésta campanilla es la que contiene el micrófono, del sistema Dunand. Dos teléfonos de Be.ll, modelo Trouvé, cuelgan á cada lado

FÍSICA INDUSTRIAL

del aparato; el gancho que soporta el de la derecha sirve de conmutador automático. La figura 65 r representa otra estacion _microtelefónica análoga, sólo que el micrófono afecta la forma de pupitre. Los teléfonos son análogos á los anteriores, pero están colgados de distinto modo. Estacion microtele/ónica llamada relojera. -Se compone de dos partes que pueden estar unidas ó separadas (fig. 652). La parte inferior es una tabla en forma de cónsola, sobre la cual están fijos los bornes de union, una campanilla redonda niquelada, y debajo un boton de toma de corriente, de nogal. La segunda parte de la estacion puede colocarse en la cónsola ó en un mueble cualquiera, mesa, arca, etc. El receptor metálico se cuelga para el reposo en un gancho conmutador situado sobre el micrófono, con cuya disposicion el aparato tiene la forma que le da el nombre. El transmisor microfónico se encuentra aplicado detrás de una tabla de nogal: está formado de una especie de caja redonda y plana cuyas dos caras son hojas de laton ondulado, semejantes á las de los barómetros aneroides. Esta caja, casi llena de cok en grano, tiene el e:entro de sus caras atravesado por dos cilindros de carbon, aislados del metal por una envolvente de papel. Para pasar de un cilindro á otro, la corriente atraviesa el cok, encontrando en él una resistencia variable, á causa de las vibraciones transmitidas por las dos hojas metálicas. La figura representa separadamente la parte esencial de este transmisor, y el receptor fijo á un mango fácil de coger con la mano. El boton de aviso se encuentra debajo del micrófono. JNSTALACION DE DOS ESTACIONES MICROTELE-

FÓNICAS,__:.__Como son siempre necesarias las pilas para el funcionamiento de las campanillas, á menos que se empleen alarmas magnéticas, será siempre muy ventajoso emplear transmisores microfónicos, que transmiten mejor la palabra que los simples teléfonos·. La instalacion puede decirse es la misma, sólo que deberá tenerse mucho cuidado en no cargar el micrófono con muchos elemen~os de pilas; tres pilas Leclanché son por lo general suficientes, al paso que el número necesario para las campanillas aumenta con la distancia. Ante todo supondremos, al igual

que en los teléfonos, que se quiere instalar dos estaciones microtelefónicas completas, que cada una de ellas permita llamar, hablar y oir. Al igual que para los teléfonos magnéticos, en el presente la instalacíon podrá hacerse de dos modos distintos, ya empleando dos hilos de línea y dos pilas distintas, una en cada estacion, ya con una sola pila y tres hilos de línea. Sea cual fuere la com binacion que se adopte, bastará colocar dos elementos en el micrófon-o, tal como representan las figuras 653 y 654. La primera representa la instalacion de dos estaciones microtelefónicas con dos hilos de línea y dos pilas sistema Berthon. La segunda es la instalacion de dos estaciones microtelefónicas con una sola pila y tres hilos de línea, sistema Bertbon tambien. La estacion n. º I tiene el teléfono y el micrófono suspendido al gancho automático, y ambos aparatos están unidos por un mango metálico. Así montados estos aparatos, son aplicables fácilmente á la boca y al oído, quedando libre la mano derecha para poder escribir al mismo tiempo. Cada pila se compone de tres elementos Leclanché, dos de l_os cuales sirven para el micrófono y los tres para las campanillas. Los cuatro últimos bornes de cada estacion comunican con los hilos de línea y las campanillas, como en el caso de los teléfonos magnéticos. El borne 3 recibe á la derecha el polo negativo y á la izquierda el positivo; el borne 4 recibe el otro polo. A los bornes 2 van unidos, á la derecha el polo positivo y á la izquierda el negativo de las dos pilas destinadas á los micrófonos. Fig. 653.-Esta"cion n. 0 l.

Al borne r se une el hilo correspondiente al polo carbon ó positivo de la pila. Al borne 2 se une el hilo del polo zinc del micrófono. Al borne 3 se une el hilo del polo zinc ó negativo de la pila y el hilo de línea. Estacion n. 0 2.

Al borne 1 se une el hilo del polo zinc ó negativo de la pila. Al borne 2 se une el hilo del polo carbon del micrófono. Al borne 3 se une el hilo del polo carbon ó negativo, y el hilo de línea.

TELEFONIA En ambas estaciones.

A los bornes 4 se une el segundo hilo de línea ó hilo de retorno. A los bornes 5 se une uno de los hilos de la campanilla. A los bornes 6 se une el hilo del segundo borne de la campanilla. Se procurará descubrir los hilos antes de unirles á los bornes. De distancia en distancia se afianzará el hilo, sin apretarle mucl}.o, en las paredes, con clavos de gancho especiales. La figura 654 representa, como hemos dicho, la misma instalacion, pero con una sola pila. La e~tacion n. º 2 está dispuesta del mismo modo, con la variante de que el tercer hilo de línea, el rojo, está unido al borne r, que recibe tambien el polo positivo de la pila destinada á las campanillas. En la estacion número r, los bornes 2 y 3 están unidos por un cabo de hilo de cobre. Hilos de línea.-A los bornes r se une el hilo rojo del cable de tres conductores, que va de una estacion á otra. A los bornes 3 se une el hilo blanco del mismo cable. A los bornes 4 se une el hilo azul. Ht'los de las campanillas. -Los bornes 5 y 6 de cada estacion están unidos á los dos bornes de su campanilla respectiva. En la estacion n.º r, los bornes 3 y 2 están unidos entre sí por un alambre de cobre. Pila única de la estact'on n.º J?.-El borne n.º r, á que ya está unido el hilo rojo, va unido además al polo carbon ó positivo de la pila. El borne 2 está unido al polo carbon del micrófono, y el borne 3, al cual termina el hilo rojo, está unido tambien al polo zinc ó negativo de la pila. lNSTALACION DE UNA ESTACION CENTRAL Y DE VARIAS ESTACIONES SIMPLES.-Los varios casos que pueden presentarse en la instalacion de las estaciones microtelefónicas, son los mismos que los ya tratados á propósito de los teléfonos; desde luego es ocioso el repetirlos. Trataremos tan sólo del caso de estaciones simples que puedan llamará la central sin reciprocidad, que es el de comunicacion entre todas las dependencias de un piso ó de una casa con la oficina. En cierto modo viene á ser· e_l complemento de una instalacion ordi-

749 naria de campanillas eléctricas; así, en la generalidad de los casos, podrán utilizarse los hilos, cuadros indicadores, campanillas y pilas ya existentes. En la estacion central debe haber, en este caso, un cuadro indicador semejante al de las campanillas, para conocer de donde procede el aviso; una campanilla, un aparato doble, receptor y transmisor, y por último, una tabla provista de bornes para los hilos de línea, conyuntores, y un cable para la comunicacion con la estacion que avisa. Los conyuntores especiales empleados con este objeto llevan el nombre de Jack-Knives. Las estaciones simples, compuestas aquí de ajustes con aparatos Berthon-Ader, no tienen necesidad de campanillas. Una sola pila de cuatro á seis elementos, dos de ellos para los micrófonos, bastan para todas las estaciones. La figura 655 representa la comunicacion establecida con la estacion n. º r, y en ella se ve la disposicion de los ,hilos, muy fácil de comprender. PILAS

MICROTELEFÓNICAS. -EMPLEO DE UNA

BOBINA DE INDUCCION. - Cuando se emplea transmisor microfónico, es indispensable hacerle funcionar por medio de una pila, hasta en el caso de un simple teléfono magnético; generalmente es necesario tambien una pila para el timbre de aviso. Es por demás que digamos que la pila Leclanché es la que mejor se adapta al caso que nos ocupa, así como tambien á todas las aplicaciones que sean de servicio intermitente. El número de elementos necesario para la campanilla aumenta un poco con la distancia, y en general no excede áe cuatro á seis elementos. Para el micrófono, por lo_ contrario, es independiente de la distancia; dos ó tres elementos bastan casi siempre. La constancia de este número se debe A que generalmente, salvo para distancias muy cortas, el micrófono no va unido directamente al receptor. Dado el caso se estableciese un circliíto que contuviese la pila, el transmisor microfónico y el teléfono receptor, aumentando la resistencia de este circuíto cun la distancia, la intensidad de la corriente disminuiría, así como tambien las variaciones de intensidad que hacen funcionar el receptor, y los sonidos transmitidos, serian cada vez··menos perceptibles.

750

FÍSICA INDUSTRIAL

Para evitarlo, se emplea generalmente, siempre que la distancia no sea muy corta, una bobina de induccion que sirve de intermediario. Esta bobina está compuesta, como ya sabemos, de dos bobinas sobrepuestas; la interior, formada de un hilo relativamente grueso y corto, es la bobina inductiva, la que la cubre tiene el hilo más fino y más largo, y es la bobina inducida. En el centro de las dos bobinas hay un haz de alambres de hierro para aumentar los efectos. El aparato se coloca muy cerca del transmisor, esto es, en el mismo soporte en donde están dispuestos los varios órganos de la estacion; así los transmisores de las fig uras 645, 648 y 649, etc., contienen generalmente una bobina de induccion. En este caso se pone en comunicacion la bobina inductiva con la pila y el micrófono. Constituido así el circuíto, ó circuíto primario, su longitud es muy pequeña, y por consiguiente, escasa su resistencia; desde luego las variaciones de intensidad producidas por el micrófono tendrán muy poca • energia. La bobina inducida se une al teléfono receptor, y .en este seg undo circuíto no hay ninguna pila. Cada variacion de intensidad en la corriente primaria que atraviesa la bobina inductiva, engendra en la bobina inducida una corriente de induccion enérgica y, haciendo variar convenientemente el número de espirales del hilo inducido de la bobina y del hilo del receptor, será fácil compensar la influencia del aumento de distancia y obtener los efectos deseados . MICRÓFONO DE VAN R YSSELBERGHE. - Desde la aparicion del teléfono, maravilloso aparato debido al génio de Alejandro GrahamBell, no ha habido invento alguno que, por su carácter de utilidad general y por su cualidad de ser esencialmente práctico, esté llamado á prestar mayores servicios que el descubrimiento de Van Rysselberghe. A él corresponde el honor de ser el primero que pudo llegar á destruir el gran enemigo de la telefonía á gran distancia, la induccion, y de haber encontrado los medios de transmitir simultáneamente la palabra y los telégramas pov1 los mismos hilos, sin distraer á estos de su antiguo servicio telegráfico. Contra la opinion general reinante, para

conseguir tales resultados, no recurrió Van Rysselberghe, ni á teléfonos ni á micrófonos especiales, sino á la apropiacion de las oficinas telegráficas. Era el telégrafo y no el teléfono el que debía modificarse para reducirlo al silencio. Hecho esto, se habla y se oye sobre los hilos así preparados, con micrófonos de cualquier 1sistema. Sin embargo, la correspondencia verbal es más ó menos buena, segun la mayor ó menor perfeccion del sistema telefónico que se adopte. La experiencia ha demostrado que los aparatos actualmente empleados por las compañías de teléfonos, son suficientes para llevar la palabra á más de I oo kilómetros de distancia. Pero el resultado bueno ó mediano que se obtiene en cada caso particular no proviene ni del sistema anti-inductor de Van Rysselberghe, ni de su método de telegrafia y telefonía simultánea, por los mismos hilos, depende únicamente del valor ó sensibilidad de los aparatos de que se sirven los interlocutores. Precisamente por esto conviene tener presente que, independientemente del sistema anti-inductor y del método de transmisiones simultáneas por los mismos hilos, Van Rysselberghe se ha dedicado á perfeccionar los micrófonos. Este invei;itor aumenta en nota ble proporcion la potencia de estos aparatos, por medios sumamente sencillos. Aun cuando en los casos ordinarios, los conocidos micrófonos de Berliner, de Blake, de Ader, de Gower-Bell, de Edison, etc., satisfagan, es indispensable recurrirá l?s perfeccionamientos imaginados por Van Rysselberghe, cuando se trate de dirigir la palabra á más de 200 kilómetros, ó cuando, á distancias menores, se quiera obtener una transmision clara, limpia y potente. Sabido es que en los transmisores de carbon- ó micrófonos, la reproduccion eléctrica de la voz humana tiene lugar por medio de las variaciones de resistencia que sufren los contactos de carbon, bajo la influencja de las vibraciones que agitan la membrana-diafragma ó planchita del micrófono. Las investí-

TELEFONIA

gaciones de Van Rysselbergbe, y los exper-imentos que ha hecho, le h.a n conducido á la confirmacion de este resultado, que el cálculo, por otra pa.rte, habia indicado, á saber: que las variaciones de la resistencia de los contactos tienen tanto mayor valor relatlvo, y que las variaciones de la corriente que de aquellas resultan son tanto más considerables cuanto más pequeña es la resistencia total del circuíto inductor. Por esta razon, Van Rysselberghe recomienda, para producir la corriente inductora, un generador de electricidad de resistencia interior extremadamente pequeña. Mas, no basta disminuir lá-·resistencia interior de la pila; es preciso tambien disminuir la del micrófono, y para ello conviene recurrir á con tactos múltiples, dispuestos todos en cantidad ó derivacion. La figura 656 indica la disposicion que debe darse al micrófono. P, es un elemento secundario de Planté ó un acumulador Faure, ó bien una pila Leclanché ó Warnon de gran superficie, y, por tanto, de pequeña resistencia interior. A B C D, representan una planchita ó tabla delgada de pino, de las dimensiones adoptadas para los micrófonos Ader, sobre la cual van dispuestas paralelamente ocho barritas de carbon, que constituyen un micrófono de contactos múltif:)les, todos agrupados en cantidad. La resistencia total no excede de 2 ohms; al paso que en la mayor parte de los micrófonos se encontrará para el mismo circuíto una resistencia de cerca de r6 ohms. E, es un carrete de induccion establecido de modo que tenga muy poca resistencia el hilo inductor ó primario. Este carrete es de doble hilo: el hilo inductor ó primario, que forma parte del circuíto de la pila y micrófono, y el hilo inducido ó secundario que forma parte del circuíto de la línea y del receptor. Este carrete lleva en su hueco interior un alma ó cilindro de hierro dulce. Les la línea y t la comunicacion con tierra. Van Rysselberghe adopta tambien para el circuíto secundario de este carrete, resistencias pequeñas, porque la experiencia le ha demostrado que para franquear grandes distancias, es preciso producir corrientes de cantidad y no corrientes de tension.

75I La figqra 65iindica la disposicion adoptada por 1a estacion micro-telefónica que ha de hacer el servicio en las redes telefónicas destinadas á comuni~aciones á larga distancia. Esta nueva estacion micro-telefónica se compone de una caja de nogal que contiene un inductor completo que, puesto en movimiento por medio de un pequeño manubrio colocado al costado del aparato, hace funcionar las campanillas avisadoras de ambas estaciones ó aparatos. Estas ca,mpanillas son independie1~tes del aparato transmisor, lo cual permite, al igual que las campanillas de pila, colocar la pila en otro local distinto del que ocupa el transmisor. Sobre la cubierta ó tapa de esta caja que contiene el aparato inductor, están dispuestos los carbones del micrófono, montados en cantidad. La tablita delgada que soporta los carbones presenta cierta analogía con la del micrófono de Ader, salvo que, en vez de estar encolada, va embutida en un cuadro ó bastidor metálico. El receptor es un teléfono Bell con cubierta ó funda de ebonita; fa resistencia interior del carrete del teléfono es, por lo menos, de cien ohm s. Este receptor reposa sobre dos ganchos, uno de los cuales es fijo, y el otro, móvil y automático, hace oficios de conmutador. La iñstalacion del aparato es sencillísima, porque no necesita ninguna preparacion previa y no está sujeto á perturbaciones. Sobre la planchita ó tabla del micrófono va fijado un cilindro de ebonita, de modo que si se habla ante el aparato, las ondas sonoras se dirigen perpendicularmente bácia el medio de la planchita del micrófono. Esta modificacion tan simple produce excelentes resultados bajo el punto de vista de la transmision de la palabra. indi a un e!rundo modelo

FÍSICA INDUSTRIAL 752 gráficas, donde es sabido que todo c;lespacho figura 660. Sobre la plancha del inicrófono se transmitido ó recibido por teléfono ha de que_- puede tam bien fijar el cilindro de ebonita como ya dijimos al hablar de la figura 65 7. dar escrito. En cuanto á lo que concierne al aparato La magneto va colocada ~ajo el pupitre, y se mueve por medio de un pequeño manubrio Blake-Bell, la modificacion es de las más senal ~lcance del encargado, que ordinariamente cillas, como puede verse en la figura 659, que representa el aparato provisto del micrófono estará sentado delante del aparato. La campanilla empleada es del mismo mo- Van Rysselberghe. M es una campanilla-magneto del sistema deló que la representada en la figura 657. La instalacion general se puede hacer con facili- americano (modelo Gilliland) llamada magdad suma; no hay más que seis bornes ó tor- neto-cal!. T, es un teléfono Bell con su cordon. nillos-aprehensores para establecer las comuP, es la caja que contiene la pila del minicaciones; el borne L comunica con la línea; el borne T con la tierra; por los bornes S S crófono. B, es un micrófono Blake cuyo carrete se los dos hilos comunican con la campanilla; P P son los dos bornes que se unen con los utiliza para el transmisor de carbon V, el dos polos de la pila. · Esta se compone, lo cual comunica por un lado con dicho carrete mismo que para las otras estaciones, de dos por el hilo a, y con la pila colocada en la elementos Leclanché, de aglomerados gran caja P por el conductor b. En vez de hablar, modelo, los cuales van colocados bajo el apa- como de ordinario, delante del micrófono B, se dirige la voz sobre el cilindro de ebonita C rato en una caja que descansa en el suelo. Cada uno de estos micrófonos, cuyas nue- que va sobre la planchita del micrófono Rysvas disposiciones son esencialmente prácticas, selberghe, para que, segun lo dicho antes, viene á completar el cohjunto del sistema llegue aquella perpendicularmente sobre el medio de la plancha que soporta los carbones anti-inductor de Van Rysselberghe. Para evitar el cuantioso gasto que ocasio- del micrófono. Este cilindro de ebonita tiene, naria el reemplazo de los aparatos de que ac- además, la ventaja de indicar, mejor que lo tualmente se sirven las compañías, por los hacen los transmisores ordinarios de Blake y nuevos aparatos micro-telefónicos de que aca- de Ader, la distancia exacta que debe haber bamos de hablar, Van Rysselberghe ha indi- entre la persona que habla y la planchita del cado ciertas modificaciones á los aparatos micrófono. Otras modificaciones más sencillas aun que existentes. Estas modificaciones se refieren principaimente á los transmisores Blake y éstas ha·n sido estudiadas por Van RysselAder, que son los más usados en casi todas berghe y aplicada~ al micrófono Blake, á fin las naciones de Europa en que se han estable- de conseguir con poco gasto ciertos cambias cido las redes telefónicas. En Francia se em- indispensables que habilitasen á dichos transplea el micrófono Ader con la campanilla de misores para las comunicaciones ínter-urpila para avisar; pero en Bélgica, por ejem- banas. En cuanto al micrófono de Van Rysselplo, donde se ha renunciado á este sistema de aviso, se emplea la campanilla magnética lla- Berghe, tal como está representado en la mada magneto-cal!, frecuentemente con el figura 65 7, diremos para terminar que con transmisor Ac:1er. aparatos de dicho modelo ha sido posible Los aparatos adoptados casi exclusivamente establecer las comunicaciones telefónicas á por la administrac10n del Estado belga, con grandes distancias, que han tenido tanto eco, las modificaciones que ha introducido Van entre Ostende y Bruselas (125 kilómetros), Rysselberghe en la disposicion de los carbo- entre Amberes y Bruselas (55 kilómetros), nes y de los contactos, son del modelo repre- entre París y Bruselas (33 5 kilómetros), entre sentado en la figura 659. Oporto y Lisboa (312 kilómetros), entre Otra modificacion consiste en colocar la Ruan y El Havre (92 kilómetros), y en fin, campanilla-magneto con el receptor Bell, de- en la Repúbliea Argentina, entre Buenosbajo del transmisor, como se observa en la Aires y Rosario (350 kilómetros).

TELEFONIA Estos mismos micrófonos son los que se instalaron en el Teatro de la Moneda, en Bruselas, por medio de los cuales pudo S. M. la Reina María Enriqueta escuchar desde su chalet real de Gstende, la música y el canto de las óperas representadas sobre la primera escena lírica de Bélgica. Tales experimentos constituyeron una demostracion de las más originales de la eficacia del sistema Van Rysselberghe. En efecto, los aparatos microfónicos colocados sobre la escena del teatro de Bruselas transmitían la música al castillo Real de Laeken, en donde hizo la instalacion el mismo Van Ry~selberghe. A esta siguió la instalacion permanente del teatro de Bruselas á la residencia Real de Laeken. Colocados sobre la escena y agrupados en cantidad estaban todos los micrófonos · alimentados por un acumulador Faure de 50 kilógramos, colocado bajo el escenario. Este acumulador estaba continuamente cargado por medio de la misma batería Bunsen, de que hacen uso para producir la luz eléctrica del escenario. Líneas telefónt'cas.-Al unir dos teléfonos sit.uados en estaciones distintas, bastará emplear dos hilos de línea, uno de los cuales puede, sin embargo, suprimirse sustituyéndole con la tierra. Igual observacion podrá hacerse para las instalaciones que hemos descrito. Sin embargo, observaremos que, con relacion á los teléfonos, el retorno por la tierra no está exento de inconvenientes, particularmente si existen cerca del hilo único, otros conductores para transmisiones telegráficas ó telefónicas, en cuyo caso podrán producirse corrientes de induccion muy perjudiciales. Sabemos, en efecto, que para transmitir un parte ó despacho, debe lanzarse por el hilo telegráfico una série de corri~ntes interrumpidas, cada una de las cuales producirá en cualquier hilo que se encuentre cerca, dos co,rrientes inducida~ de sentido contrario. Si en este instante se aplica el oído al teléfono receptor, se percibirá, á causa de estos fenómenos de induccion, una série de ruidos continuados que, si son muy intensos, impedirán oir la palabra del in±erlocutor. Lo mismo sucederá si el hilo está situado cerca de otro cooductor telefónico, en cuyo caso se percibirá la conversacion transmitida por e[ conFfsrcA. IND

753

ductor contiguo, juntamente con la directa que se recibe, si bien aquella con menos intensidad. El medio más sencillo y práctico para cortar estos inconvenientes consiste en no utílizar el retorno por la tierra, y emplear siempre una red telefónica completamente metálica. Si hay otro conductor situado cerca de los dos hilos, producirá siempre en cada uno de ellos corrientes de induccion iguales y de igual sentido. Mas, como los dos hilos están recorridos en sentido contrario por las corrientes que transmiten la conversacion telefónica, en realidad, las corrientes' inducidas de que acabamos de tratar se sumarán á la corriente normal en uno de los hilos y se restarán en el otro; como son iguales., se compensarán estos dos efectos. Desde luego será útil colocar los dos hilos telefónicos tan cerca como se pueda uno de otro; y Io mejor es formar un cable con ellos. Las observaciones que acabamos de hacer se aplican igualmente á las líneas compuestas de tres hilos (fig. 641), puesto que, entre los tres hilos, sólo hay dos que funcionan al mismo tiempo. La naturaleza y el diámetro de los conductores empleados para unir las estaciones varia segun la distancia que deban recorrer,. En el interior de los edificios, se emplea generalmente el mismo hilo de cobre aislado para las campanillas, sosteniéndole del mismo modo. Cuando la línea deba hacer comunicar dos edificios distintos y, por lo tanto, estar expuesto al aire, se podrán emplear alambres de hierro galvanizado semejantes á los de los telégrafos, cuyo diámetro esté comprendido entre 2 y 6 milímetros. Tambien se emplea el hilo de bronce silíceo que, por ser mejor conductor, permite tener menor diámetro, por ejemplo, o'8 milímetros á r milímetro. Estos hilos se sostienen por medio de aisladores fijos á postes ó estacas de abeto ó de fresno d~ unos 6 metros de alto, inyectados de sulfato de cobre. En los ángulos ó las curvas, en donde la tension de los hilos podria ejercer un esfuerzo horizontal en la estaca, se la consolida con tornapuntas convenientemente colocadas. Tambien pueden emplearse soportes de hierro. ArsLADORES.-Los aisladores son generalT. 11.

-95

FISICA INDUSTRIAL 754 mente de porcelana barnizada, cuya sustan- sorprendente aparato combinado que denocia, menos aisladora que muchas otras, como minó fonautógrato. Este resultado constituye la ebonita, por ejemplo, es la que mejor rela primera parte de los efectos que produce el siste las influencias atmosféricas; se moja fonógrafo de Edisson. menos uniformemente con la lluvia y su suEl fonógrafo consiste en un cilindro e' e' perficie no se altera con el tiempo; la ebonita, (figura 666), que se hace girar por medio de por el contrario, se vuelve rugosa y retiene un manubrio m, y cuyo árbol, fileteado en v, fácilmente el polvo. Estos aparatos no aislan sostiene un volante V que regulariza el monunca completamente, por lo tanto, es muy vimiento. La superficie del cilindro tiene un conveniente disminuir cuanto se pueda el nú- paso de rosca á cuyos hilos apretados se mero de soportes, para disminuir al propio aplica una hoja delgada de estaño ó de cobre. tiempo las pérdidas de electricidad. Los hilos La embocadura e, dispuesta como la del teléde bronce silíceo son muy ventajosos bajo fono Bel!, está situada al lado de este cilindro, este punto de vista ; permiten obtener un al- y se la aproxima más ó menos á él p·o r medio cance de más de 250 metros, mientras que de la manecilla r. La figura 667 representa con el alambre de hierro, que es más pesado, una seccion de esta embocadura: <letras de la no puede pasarse c;le 80 á 100 metros. La dis- placa metálica vibrante hay un resorte fijo minucion del número de soportes produce, al brazo r , provisto de una punta corta y además, cierta economia. durap, que comunica con dicha placa por un Las figuras 661, 662, 663 y 664 representan trozo de tubo de cautchúc peg~do á esta placa los principales tipos de aisladores empleados. y al resorte. La polea se utiliza para instalarla en los muAl dirigir la palabra á la embocadura, pro- · ros, en los cuales se fija por medio de un curando aplicar bien la boca en ella, las viclayo. Los soportes de uno ó dos anillos se braciones comunicadas á la placa hacen accolocan en las estacas de madera, retenién- cionar la punta, que produce en la hoja de dolos con tornillos. S.irven para los hilos de estaño que cubre el cilindro giratorio, unas pequeño diámetro. Las campanas (fig . 664) depresiones accidentadas, en relácion con los movimientos y las inflexiones que recibe la sirven para los conductores gruesos . PUPITRES PARA TELEFONOs.-Para terminar, placa, á causa de la sobreposicion de las viindicaremos un pequeño aparato accesorio braciones. De este modo quedan escritas las que permite escucp.ar más fáciJmente las con- palabras, y tanto más fácilmente cuanto meversaciones por teléfono. Con la figura 665 se jor se adapta la punta á los huecos- del paso puede apreciar suficientemente el empleo de de rosca. este pupitre, susceptible de inclinarse más ó Para que el aparato repita las palabras así menos, segun la estatura del interlocutor. escritas, se le devuelve su primitiva posicion'; Permite, además, cuando el manejo del telé- separando la punta y haciendo girar el cilinfono deja libre la mano derecha, poder tomar dro en sentido contrario, luego se vuelve á poner la punta en su sitio respectivo, y se da notas con ella. vueltas al cilindro. El refundido producido en Fonografía.. la primen\ operacion, desplaza la hoja, la FONÓGRAFO. -Acabamos de ver como se levanta, y le imprime las vibraciones com-· transmite la palabra á distancia á través de puestas que poseia. Estos movimientos se , un hilo telegráfico. Este maravilloso resulta- transmiten á la placa, que vibra y reproduce do, lo ha perfeccionado aun más Edison con en el aire las combinaciones sonoras primitisu fonógrafo, instrumento muy sencillq que, vas, y, por consiguiente, las mismas palabras no tan sólo escribe la palabra, sí que tam- articuladas. Como la intensidad es mucho bien la reproduce á voluntad del operador, al menor, lo cual es fácil de concebir, se adapta cabo de un tiempo cualquiera, conservándola á la embocadura e una bobina reforzadora R con la mayor fidelidad. Y a Scott pudo regis- (figura 666). Si se hace girar el aparato con más rapidez trar la~ vibraciones del aire, al producirse que cuando se inscriben los sonidos, la palaciertos sonidos simultáneos, por medio del

TELEFONIA

bra se repite con tono más agudo, y si se hace · con más lentitud, el tono es más bajo. Si se trata de un aire musical, es evidente que el movimfonto deberá ser más regular; de no hacerse así éiertas notas serian demasiado altas y otras demasiado bajas. En este caso, el aparato debe moverse con movimiento de relojería. La hoja de estaño puede tambien despegarse del cilindro y aguardarla para que re- . pita en cualquier ocasion los sonidos escritos, colocándola entonces nuevamente en el aparato. Tarnbien pueden obtenerse 5 ó 6 repeticiones, pero van resultando mái confusas, por perderse progresivamente el relieve pro-

755 <lucido por el paso de la punta. Edisson, obtuvo relieve en una superficie plana que giraba sobre sí misma y surcada por una espiral, á la cual aplicaba la hoja de estatl.o. En este caso es fácil reproducir esta hoja por ga'lvanoplastia y hacerla hablar tan á menudo como se quiera. Tambien pueden reproducirse las vibraciones en un teléfono transmisor, para que las repita á lo lejos en otro teléfono. Tocante á las aplicaciones del fonógrafo, son ciertamente ilimitadas. Permite escribir y repetir una conversacion, un discurso, una pieza de música. Se pueden archivar las hojas ó remitirlas por correo dentro de una ca.rta al punto qu• se quiera etc.

•

CAPÍTULO XVII

Aplicaciones de la electricidad

APARATOS DE CALEFACCION

-La ventaja que ofrece la electricidad aplicada á la incubacion es que suministra una temperatura perfectamente constante. El aparato está formado por una caja (figura 668) en cuya parte superior hay un acolchado, y debajo de éste se enrolla en espiral un hilo fino de maillechort de 8 á JO metros de longitud, que se calienta por la accion de la corriente de la pila 7t, Por una disposicion especial se mantiene la temperatura perfectamente constante. Este regulador está constituid~ por un termómetro T cuya bola comunica con uno de los polos de la pila; el otro está unido por medio de un electro-iman E á un hilo de platino que penetra en el instrumento hasta un punto deseado, 31 grados por ejemplo. El primer circuíto que contiene la espiral de maillechort, comprende además la armadura del electro-imán. Al alcanzar la temperatura el límite fijado, el mercurio del termómetro toca el hilo de platino y cierra el segundo circuíto; el electro-imán atrae su armadura, y rompe la primera derivacion, de suerte que lJ. espiral cesa de calentarse. Si la temperatura baja, debajo de 3r grados, el mercurio baja; el electro-imán no atrae ya la armadura, la cual NCUBADORA ELÉCTRICA.

vuelve á tomar su primera posicion, y la espiral recibe nuevamente la corriente. INCENDIOS POR LA ELECTRICIDAD. - Por ser fácil poder emplear utilmente la electricidad como procedimiento de calefaccion, es evidente que podrá en ciertos casos ocasionar incendios, y al emplearla como fuerza motriz ó como foco de luz, deberán tomarse todas las precauciones indispensables para impedir los accid.entes que podrían resultar, ya de las mismas lámparas, ya del calentamiento exaj erado de los conductores. Sobre este particular ha hecho recientemente Mascart interesantes experimentos y ha comprobado que un hilo de 1'2 milímetros de diámetro aplicado á una plancha, capaz de conducir normalmente una corriente de cuatro amperes, inflama la madera sólo cuando está atravesado por una corriente muy superior á 40 amperes. El globo de una lámpara Canee puede cubrirse con un tejido ligero sin que se prenda fuego en él. En cambio, un adorno ó esculturado antiguo, al cual se aplicó una lámpara de 300 bujías, se carbonizó al contacto con el vidrio y principiaba á arder sin llama al cabo de un minuto y medio. Dos lámparas de 32 bujías cubiertas con dos capas de algodon flojo engomado, blanco ó negro, explotaron al cabo de dos minutos

APLICACIONES DE inflamando la envoltura, no sin haber antes destilado y carbonizado las capas de algodon. Con estos experimentos se ve que el calor transportado por la corriente eléctrica no es una cantidad despreciable; por lo mismo, en todas las instalaciones deben tomarse cuantas precauciones sean necesarias para evitar los incendios. SOLDADURA ELECTRICA.-Otra de las aplicaciones del calórico producida por la corriente, es la soldadura autógena de los metales. Para soldar dos piezas metálicas, se las limpia bien, se las pone en comunicacion con los dos polos de un foco muy enérgico y luego en contacto entre sí por los puntos que se quieren soldar. Así se cierra el circuíto y pasando una corriente muy intensa á través de la union, desarrolla en el punto de contacto una temperatura elevada que funde las piezas y las suelda una con otra. Este procedimiento tan sencillo da siempre buenos resultados cuando no existan grandes diferencias entre los puntos de fusion; entre las conductibilidades eléctricas y caloríficas de los metales que se sueldan; al paso que por el método ordinario, por calefaccion y martillo sólo se obtienen buenos resultados con el hierro, el acero, el platino, el oro puro y algunos otros, particularmente si las dos piezas son de metales distintos. El procedimiento ordinario aplicado al hierro sólo sale bien para piezas pequeñas, en atendon á que la pérdida de calórico por radiacion hace bajar rápidamente la temperatura d.ebajo d~l punto de soldadura. · La soldadura eléctrica se presta á un gran número de aplicaciones, en particular la union por la punta de los hilos de cobre ó de hierro empleados para el telégrafo, el teléfono, los electro-imanes, las máquinas. Con una corriente de 20,000 amperes es fácil soldar barras de hierro de 22 milímetros de diámétro. Este es el método que emplea la Thomson Houston Electric Company para la fabricacion de las dinamos. Citaremos tambien la soldadura de las piezas anulares ó circulares cerradas, como son sierras sin fin, llantas de las ruedas, aros de las pipas, etc.; la fabricacion de los tubos de hierto forjado ó fundido, de longitud indefinida, sin uniones cimentadas, fundidas ó roscadas; el alargamiento, acortamiento ó modi-

ELECTRICIDAD

757 la acero; de herramientas las de ficaciones soldadura de las herramientas de acero con los mangos de hierro ó de fundicion; las aplicaciones al arte de joyería, etc.

Juguetes eléctricos. BAILARINA ELÉCTRICA DE SOLENOIDE. -Las acciones mecánicas recíprocas de las corrientes y de los imanes permiten poner en movimiento cierto número de juguetes eléctricos. La bailarina representada en la figura 669 está atravesada por un hilo metálico vertical T, que afecta luego la forma de hélice y constituye un solenoide. El extremo inferior de este hilo se sumerge en un vasito de mercurio G . Al entrar una corriente por el mercurio y atravesar el solenoide, las espirales de este se atraen unas á otras y hacen subir la figurita. Entonces ya no toca el hilo al mercurio, queda interrumpida la corriente y la figura cae por su propio peso. Un imán cilíndrico que se introduzca en conveniente sentido en el solenoide, aumentará la accion y hará más rápido el movimiento. BAILARINES ELÉCTRICOS.-Los motores magnéticos, que tan mal se prestan á las aplicaciones industriales, se adaptan muy bien para producir movimientos en figuritas que por su insignificancia sólo exigen un pequeño trabajo. Los bailarines eléctricos no son más que unas figuras montadas en crines, llamadas pigmeos, que se colocan ordinariamente en un plato fácil de hacer vibrar golpeándole ligeramente . Mas, en el .::aso presente el movimiento se produce de un modo muy original por la electricidad. Para ello, el aparato consta de un pequeño motor formado por un electro-imán vertical (fig. 670), y encima de sus polos gira un volante de paletas: El eje de este volante tiene en su parte inferior una ruedecita con tantos dientes como paletas; un resorte que apóya en estos dientes, forma interruptor y sirve para que pase la corriente por el electro-imán al encontrarse en contacto con uno de los dientes; en el caso contrario está interrumpido el circuíto. Cuando pasa la corriente, el electro-imán atrae hácia sus polos las dos paletas más próximas y -el volante principia á girar. Así que las paletas llegan enfrente de los polos, se interrumpe la cor-

FÍSICA INDUSTRIAL

riente y continua girando el volante en virtud de la velocidad adquirida; restablecida al cabo de un instante la corriente, las paletas siguientes son atraidas por el electro, y continua el movimiento del mis_m o modo . Un piñon montado en el eje del volante comunica el movimiento á la rueda de una -caja de música. El único objeto del motor estriba, pues, en h¡;_cer mover esta caja, y por el solo efecto de influencia pone en marcha los muñecos .- La plataforma que debe recibir las figuras es una placa de plancha dispuesta encima de los polos del electro-imán, y está fija por el borde solamente. Bajo la influencia de las imantaciones y desimantaciones sucesivas del electro, esta placa se pone en vibracion como lo haria la membrana d~ un teléfono receptor, y estas vibraciones bastan para poner en marcha las figuritas. Modificando la intensidad de la corriente, es fácil hacer girar los muñecos con más ó menos rapidez; tambien es fácil reglar como se quiera la tension de la membrana vibrante por medio de dos tornillos situados en el centro de su superficie, evitando así móvimientos demasiado violentos que harían caer las figuras. FERROCARRIL ELÉCTRICO.-Ütros muchos juguetes se ponen tambien en movimiento por medio de pequeños motores eléctricos. Tal es la locomotora representada en la figura 671, que está formada por un pequeño motor movido por dos pilas de bicromato de potasa montadas en tension. Como el trayecto es siempre muy corto, es fácil utilizar ventajosamente los rails como conductores. La locomotora consta de un electro-imán horizontal y de un volante provisto de una série de paletas atraídas sucesivamente por el electro, á ¡,oca diferencia como en el aparato anterior. Delante d~ este volante hay una rueda dentada montada sobre el mismo eje y en contacto con un resorte; es unr interruptor semejante al de los bailarines. Basta cambiar el sentido de la corriente para que marche el aparato hácia delante ó hácia atrás, ,y tiene un pequeño conmutador destinado á este uso. Tambien pueden añadirse vagones en número ,1 suficiente .para ser arrastrados por la locomotora. CABALLITOS ELÉCTRICOs.-Hé aquí otro apa-

rato análogo al 5').nterior. El motor, que es de la misma e3pecie, hace mover unos caballitos que giran alrededor -de un eje vertical y al propio tiempo una caja de música (fig. 672). PISA-PAPELES ELÉCTRICO.-Citaremos igualmente una aplicacion de los motores, muy se~ejante á los dijes -de movimiento descritos al tratar de los inventos de Trouvé; tal es el · pisa-papeles de la fig. 673. Los dijes de movimiento presentan dificultades de construccion, tales que es muy difícil encontrar operarios capaces de construirlos, por esto el inventor los ha casi abandonado por completo. · El pisa-papeles consta de un zócalo en cuyo interior hay una pila cuyos polos sobresalen un poco de la cara superior. El pisa-papeles propiamente dicho contiene un pequeño electro-motor destinado á dar movimiento á un insecto visto á través de una lente plano-convexa. Al poner el pisa-papeles sobre el zócalo los polos del motor se encuentran en contacto con los de la pila, y el animal principia á mover las alas. El ruido producido por el electro-motor y 1a deformacion de los rayos luminosos por la lente contribuyen mucho á la ilusion. ' ÜTRAS V.ARIAS APLICACIONES DE LOS MOTORES.

-Los motores eléctricos · pueden servir tambien para poner en marcha cierto número de aparatos de pequeño volúmen, tales como bombas, martinetes, etc. Pueden hacer girar igualmente un tubo de Geissler, que se ilumina al propio tie•mpo por medio de uha bobina de Ruhmkorff. Gr8:cias á la persistencia de las impresiones luminosas sobre la retina, cada punto del tubo aparece transformado en un círculo luminoso y el ojo cree ver una série de círculos concéntricos de colores variados. El modelo representado en la fig. 674 es muy cómodo: contiene en' un reducido volúmen el motor y la bobina necesarios al experimento. El híerro dulce de la bobina es la pieza que al imantarse y d~simantarse hace girar el motor de paletas situado en la parte superior. Las pilas más convenientes son las de bicromato, por su gran limpieza, poder permanecer montadas durante mucho ·tiempo, y tener mucha mayor duracion que la que realmente necesitan los jug_uetes. 1

APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD

BOBINA DE RuHMKORFF. - La bobina de Ruhmkorff es evidentemente uno de los aparatos que mejor se prestan para los experimentos científico-recreativos. Como ya á su debido tiempo dimos la difinicion completa de él, recordaremos tan solo que está formada ésta por dos bobinas concéntricas, una de las cuales está unida á los dos polos de una pila cuya corriente se interrumpe frecuentemente por un temblon. Estas interrupciones de corriente inductriz engendran en la bobina exterior corrientes inducidas alternativas tan rápidas que se suceden de un modo casi continuo. El modelo que representa la fig. 675 se presta muy bien á la demostracion, por cuanto todas las comunicaciones son aparentes. CONDENSADOR CANTANTE.-Uno de los experimentos más curiosos que pueden realizarse con la bobina de Ruhmkorff es el llamado del condensador cantante. Se ponen los dos bornes del hilo inductor de una bobina en comunicilcion con una pila y un transmisor telefónico, luego se enrosca basta el límite el tornillo del temblon, de suerte que esté cerrado el circuíto de un modo continuo y que el teléfono pueda solo producir interrupdones. Además, se unen los extremos del hilo inducido con un condensador formado por dos séries de hojas de papel parafinado (fig. 676). Si, colocada la boca enfrente del t~ansmisor se canta un trozo de música, las variaciones de intensidad de la corriente inductriz producirán corrientes inducidas, y las alternativas de carga y de descarga harán que el condensador hable. Se obtienen mejores resultados aun intercalando una pila en el circuíto inducido; en cuyo caso se producen aumentos y disminuciones de carga, pero sin cambios de sentido. ELECTRICIDAD sIN APARATOS. - La mayor parte de los experimentos de electricidad estática pueden ser resueltos fácilmente por los aficionados y proporcionar pasatiempos científicos muy interesantes. No hay nadie que desconozca las maquinitas eléctricas que se venden con este objeto; y hasta se han llegado á construir hoy día tipos nuevos de máquinas que sustituyen ventajosamente la máquina clásica de Ramsden. Todos estos instrumentos son sobrado conocidos y solo

759 pueden casos muchos en observaremos que, obtenerse efectos muy interesantes empleando disposiciones por demás sencillas que permiten instruir deleitando y sin ningun gasto. Así, la máquina eléctrica puede sustituirse fácilmente con una hoja de papel comun que se deja secar bien cerca del fuego. Se la extiende luego sobre una substancia aisladora, una -mesa por ejemplo, y se la frota durante algunos instantes con la palma de la mano ó con un pedazo de goma elástica. El papel se electriza entonces rápidamente, como es íácil observar al intentar despegarle de la mesa (fig. 677), puesto que se experimenta una resistencia muy sensible; la hoja parece como pegada á la madera, y al separarse de ella lo hace produciendo un crugido seco. Tambien se la puede hacer resbalar hasta el borde de la mesa, á la cual permanece fijada por uno de sus ángulos. Frotando la hoja de papel en una puerta, permanece pegada á ella. Si el experimento se hace con dos hojas, se las ~ará resbalar una sobre otra sin que se separen; soltándolas luego bruscamente, se observa al instante un movimiento de retroceso muy acentuado que tiende á hacerlas coincidir como lo estaban antes. Frotando una hoja de papel bien seca y doblada por el centro con los dedos, se observa que los dos extremos se repelen. De esta hoja de papel es fácil sacar verdaderas chispas eléctricas perfectamente visibles en la obscuridad; basta para ello frotar la hoja con fuerza, levantarla por una punta y acercar un dedo á ella. La chispa que _se produce va acompañada de la sensacion particu-;lar correspondiente. Otros muchos aparatos de electricidad estática podrán combinarse con la misma facilidad. Así, puede obtenerse una botella de Leyden llenando un vaso de agua ó de perdigones; una cuchara que se introduzca cargará el aparato y la mano del operador constituirá la armadura externa. Tambien puede hacerse un electróforo: el disco de madera cubierto de plomo se sustituye con un platillo de metal barnizado que se coloca sobre dos vidtios para aislarle. Una hoja de papel de dimensiones convenientes y bien seca hace las veces de pan de resina. Se la frota con viveza para electriz-arla y se la

FÍSICA INDUSTRIAL

coloca con cuidado sobre el plato. Tocando éste con el dedo, y quitando luego la hoja de papel, permanece electrizado y es fácil sacar una chispa de él. El electróforo de Pfeiffer es tambien muy sencillo y se le puede fabricar con la mayor facilidad. Está formado por una placa delgada de ebonita, en una de cuyas caras tiene pegada una hoja de estaño (fig. 677). Se frotan sucesivamente las dos caras con la mano, y se toma la placa de ebonita con la mano izquierda. Entonces se podrá sacar una chispa de la hoja de estaño. Varios accesorios completan este pequeño instrumento: una figurita de médula de sauco que se coloque sobre la hoja de estaño, una vez cargado el aparato, le hace levantar los brazos; en otra :figurita con melenas, se ve como éstas se herizan inmediatamente; otras, más ligeras que las anteriores, saltan del aparato; otra se mantiene en equilibrio sobre una cuerda tendida al aproximarle el electróforo; una culebra de médula de sauco se levanta bajo la misma influencia. Lo mismo sucede con balas de médula y otros objetos ligeros que se coloquen en la superficie. EXPERIMENTOS DE ELECTRICIDAD ESTÁTICA CON LÁMPARAS DE lNCANDESCENCIA.-Las lámparas de incandescencia se prestan admirablemente á la mayor parte de los experimentos de. el~ctricidad estática, pero sólo cuando la ruptura del filamento las·ponga fuera de servicio. Así, en efecto, presentan un globo de vidrio prolongado, una pieza metálica aislada y un recipiente en el cual el vacío es casi completo. Si se frota la ampolla con un tejido de seda, habiéndola calentado ligeramente antes, se podrá repetir el experimento clásico de la

atraccion de los cuerpos ligeros. Se podrá hacer girar igualmente una regla plana cuyo centro apoye en el pezon de otra lámpara colocada verticalmente para que sirva de pivote; así se obtiene sin ningun gasto un electróscopo muy sensible. Si en la oscuridad se toma la lámpara cou una mano y se frota la ampolla con un paño, el interior del globo se presenta con un resplandor blanquecino. · Si teniendo igualmente cogida la ampolla con una mano, se aproxima la duela de metal de una máquina eléctrica que esté funcionando, la lámpara constituye entonces una verdadera botella de Leyden, cuya parte metálica representa la armadura interior y la mano la armadura exterior; se carga, pues, con bastante energia y se pueden sacar chispas de 7 á 8 centímetros de largo. Se aumenta el efecto pegando una hoja de estaño en una parte de la ampolla. Muchos y muy variados son los experimentos recreativos que pueden hacerse, tanto relativos á la electricidad como á las demás partes en que se divide la física, que por su mucha extension no podremos ni tan siquiera enumerar aquí. A pesar de la forma en que se producen, no dejan por esto de constituir problemas verdaderamente científicos, y en ellos se desarrolla al propio tiempo el ingenio del operador. Tanto, que han llegado á ocupar el sitio que en las ilustraciones y otras revistas análogas se destinaba á los geroglíficos, y hoy vemos estas publicaciones semanales llenas de problemas que constituyen un verdadero pasatiempo muy útil á todas las edades.

LIBRO DECIMO-TERCEROMETEREOLOGIA Y CLIMATOLOGIA

CAPÍTULO PRIMERO Clima to logia.

EFINICIONEs.-Se llaman meteoros los fenómenos que se producen en la atmósfera con la intervencion de los fluidos ó de las materias en suspension que habitualmente contiene aquella; y metereologia la parte de la física que les estudia." Los meteoros se dividen en aéreos, como los vientos, los ciclones, las trombas, etc.; en acuosos, como las nubes, las nieblas, la lluvia, el granizo, el rocio, la nieve, etc.; en eléctricos, como las tempestades, el rayo, las •auroras boreales, etc.; en luminosos, como el arco iris, los halos, los parhelios, etc. Estos fenómenos ejercen una gran influencia en los séres vivientes, principalm@nte en los vegetales que, fijos en el suelo, experimentan los efectos sin poder evitarlos. La metereologia es una aplicacion de la física á los fenómenos de la atmósfera y_ofrece hoy dia al marino, al agricultor y al higienista aplicaciones de un interés extraordinario. CLIMATOLOGIA.-La parte de la metereolo_gia de:que trataremos, puede dividirse en dos: en la una se explican los fenómenos, indicando el modo como están ligados á las leyes de la física; en la otra se les pone en evidencia, se ob1

rfs1cA lND.

serva su aparicion, su intensidad y el órden de sucesion, á fin de caracterizar el clima del lugar en donde se verifican las observaciones. Se llama clima de una comarca el conjunto de todos los fenómenos atmosféricos que puedan ejercer una influencia cualquiera en los séres organizados, principalmente los fenómenos relativos á la distribucion del calor y de la humedad. La climatologia ó estudio de los climas, de la cual se encuentran algunas nociones en los pueblos antiguos, presenta una utilidad incontestable. Independientemente de la influencia que ejerce el clima en la vegetacion, en las estaciones geográficas de las plantas y · de las razas animales, en el temperamento, la inteligencia y el carácter del hombre, el conocimiento de los climas es indispensable para los ensayos agrícolas y para las tentativas de aclimatacion de las plantas ó animales; debe servir igualmente de guia al médico en sus prescripciones higiénicas, al ingeniero para la ejecucion de ciertos trabajos, y á los gobiernos para la eleccion de las localidades que se deseen colonizar. La climatología es la parte de la metereologia que menos progresos ha hecho. Las influencias que experimentan los séres organizados, y particularmente los vegetales, son T.

Il.-96

FÍSICA INDUSTRIAL

tan variadas, tan propensas á cambios, y se complic~n de tal modo por su coexistencia, que son indispensables un gran número de observaciones para distinguir las leyes de la evolucion de cada una de ellas. En ello hav que considerar la humedad del aire y del suelo, las nieblas, el rocio, las cantidades de lluvia, de nieve, las épocas en que se producen; la permeabilidad del terreno que permite el paso del agua á más ó menos profundidad; la frecuencia de las tempestades, del granizo; los vientos secos ó húmedos, su direccion, su violencia y otras. Relativamente al calor, debe estudiarse la temperatura media del año, del mes, del dia; las máximas y mínimas, la duracion de cada estado, la frecuencia y la rapidez de los cambios. La radiacion solar, segun la pureza del aire, . ejerce tambien una influencia muy marcada. Las plantas que crecen á la sombra son delicadas y dan poco fruto; en el Mediodia, las que se encuentran en las montañas, por estar expuestas á una radiacion intensa, tienen mucho más vigor que las que crecen en el Norte, á igualdad de temperatura. Caracterizar un clima es, pues, una empresa larga y laboriosa, y de poco tiempo á esta parte es cuando se ha podido dar una idea exacta del número de elementos que deben considerarse. Durante mucho tiempo se ha creido que bastaba conocer la temperatura media del lugar y las máximas y mínimas. Por la reseña que vamos á dar veremos que para ello de ben considerarse otras muchas circunstancias. De las observaciones de Humboldt, Candolle, Boussingault, Ga5parin, Quetelet y otros, resulta que cada planta necesita, á partir de cierta tempera tura, la misma cantidad de calor para desarrollarse igualmente, lo cual 5e explica por medio de los principios de la termodinámica; de esto resulta que crece tanto más rápidamente cuanto más rápida sea la cantidad de calor suministrado; por lo tanto, es necesario conocer estas cantidades de calor. Parte .hist6ri'ca.-La meteorologia es una ciencia muy antigua; ya Aristóteles escribió un tratado en cuatro partes sobre los meteoros; pero las observaciones verdaderamente sérias sólo datan del siglo diez y siete, despues de la invencion del termómetro y del

barómetro. De cincuenta años á esta parte es cuando ha tomado mayor desarrollo, debido en gran parte á la perfeccion de bs instrumentos. Comprendiendo los gobiernos la importancia que los estudios climatológicos tienen en la navegacion, la agricultura y la higiene pública, ·han hecho construir observatorios de meteorologia colocados en estado- ' nes convenientemente elegidas, entre las cuales podemos citar la de Montsouris, cerca de París; la de Berna, la d~l pico de Bigorra á 2,877 metros sobre el nivel del mar; la del Puy-de-Dome á 1,465 metros. Algunas ascensiones aereostáticas se han practicado igualmente para poder determinar el estado de las capas de las altas regiones de la atmósfera. De algunos años á esta parte la metereolo- · gia ha entrado en una nueva fase. Antiguamente Lavoisier concibió el plan de observaciones simultáneas, que debian conducirle á conocer el tiempo con uno ó dos dias de anticipacion. En 183 r Maury principió una larga série de estudios que imprimieron gran impulso á la climatologia, centralizando las observaciones hechas en el mar, y demostrando su importancia en la vegetacion. Hoy día las observaciones se centi-alizan en varios observatorios, de cu ya centralizacion, de la colaboracion de los obsei-vatorios de Europa y de América, y del concurso de los navegantes y observadores extendidos en todas las partes del mundo, se han obtenido inmensos resultados para la navegacion, y leyes importantes sobre los movimientos de la atmósfera. Distribucion del calor en la superficie del globo. INSTRUMENTOS Y APARATOS DE OBSERVACION.

-Term6metros.-Los termómetros destinados á las observaciones meteorológicas deben tener poca masa, para poderles poner á cada insfah~e en equilibrio con la temperatura variable del aire. En nuestros climas basta con una escala que alcance de -25º á 50°. Deben graduarse con arreglo á una escalá amplia á fin de que se puedan apreciar las décimas; y debe comprobarse de cuando en cuando la posicion del cero. Para conocer la máxima y la mínima de las temperaturas que existan durante cierto tien1-

CLIMATOLIGIA

po, sin que haya necesidad de observar el momento preciso, se emplean instrumentos especiales, algunos de los cuales hemos ya descrito en la termometría; tales son el termómetro de Rutherford (pág. 673), el de máxima de columna interrumpida de Negrettiy Zambra (página 674), el de máxima de Walferdin:(página 674), el metálico ó de punta de Breguet (página 673). Además de estos termómetros, vamos á describir algunos más, muy útiles en la meteorología. Instrumento de máxima y de mínima.La figura r representa el termómetro de Six perfeccionado por Bellani. Consiste en un termómetro de alcohol invertido R, cuyo tubo se curva en n formando dos brazos verticales a n, n r. El extremo de la columna de-alcohol ejerce presion en una columna de mercurio que ocupa la parte curva, y sube, por lo tanto, por el otro brazo, en donde s·e encuentra igualmente otra columna de a1cohol que ocupa en parte un depósito r que contiene además aire. Por su tension, ést~ impide que el mercurio se separe del extremo de la columna de alcohol del termómetro. En las dos columnas de alcohol hay unos índices que se mue,ven en ellas, los cuales llevan. un muelle de cabello que les impide resbalar u.na vez hayan subido. Encima de n se ve uno de los índices representado en mayor escala. La temperatura se indica al mismo tiempo en los dos niveles de m6rcurio, por cuyo motivo cada brazo tiene su graduacion especial. Supongamos que los dos índices estén en contacto con estos niveles; si el alcohol se contrae en R, el mercurio del brazo na hará subir el índice, mientras que el del otro brazo permanecerá en su mismo sitio é indicará la máxima. Si la temperatura se eleva, el mercurio abandona el índice del brazo na qu.e indica entonces la mínima, y hace subir el otro. Para instalar el instrumento, se hacen bajar los índices hasta la columna de mercurio, ya por medio de pequeñas sacudidas, ya con un imán que a trae un alambre de hierro que cada uno de ellos lleva en su interior. Termómetro de mínima.-La aguja de este termómetro termina interiormente en pu.nta afilada o (fig. 2), que sobresale del depósito ó bola, que contiene mercurio y alcohol.

Al extremo opuesto de la espiga hay unª especie -de bolsa r colocada lateralmente, que contiene alcohol y aire. Se principia por dar al instrumento una temperatura inferior de varios grados al mínimo que se quiere observar, luego se le inclina de modo que la punta o se sumerja en el mercurio. Si en esta posicion se eleva la temperatura, entrará mercurio en el tubo; se observa el número de divisiones que ocupa á una temperatura conocida, t, superior al mínimo que se observa. Se vuelve á colocar recto el instrumento y se principian los experimentos. Si la temperatura s-ube, la columna de mercurio se aleja de la punta o, y si tan alta es, hasta puede entrar en parte en la bolsa superior. Si, por el contrario, la temperatura baja, vuelve á bajar la columna hasta el punto o y cae mercurio á través del alcohol. La columna de mercurio puede subir otra vez y entonces el número n de divisiones de que ha disminuido su longitud da á conocer la baja de temperatura debajo de tº: Falta únicamente calcular la, divisiones en grados centígrados. · Para ello se hace que se introduzca mercurio en el tubo, á una temperatura conocida t'; se enfría luego el aparato hasta t" y se observa la cantidad n' de que se ha acortado la coluro na, por la salida de una parte del mercurio. Entonces (t' - t") : n' representa el valor de una division en grados, y el mínimo buscado es igual á t' - t'

t-n - - n'

Tambien se puede proceder de otro modo: situado todo el mercurio en el depósito infe-_ rior, á una temperatura superior al número buscado x, se invierte el instrumento y se le sumeije en él medio que se experimenta. Parte del alcohol pasa entonces al depósito de mercurio. Se vuelve á colocar recto el instrumento y como el pico o se sumerje en el mercurio, se le da una temperatura conocida t, superior á x, en cuyo caso, sube el mercurio por el tubo y si ocupa n divisiones, demuestra que la temperatura t pasa del mínimo, del número de grados que corresponden á n. Termometrógrafo. - Despretz indica un termometróg.rafo que da la temperatura para todos los instantes del día. Consiste en una hoja doble a 1JJ (fig. 3) de hierro y de eobre,

FÍSICA INDUSTRIAL

de 2 á 3 metros de longitud. fija por un extremo a. El extre(Ilo inferior b se mueve de derecha á izquierda al variar la temperatura, á causa de la desigual dilatacion de los dos metales, y sostiene un lápiz cuya punta describe una curva sobre una hoja de papel m n, movida verticalmente por un reloj; las inflexiones de la curva indican las variaciones de temperatura, á partir de la que corresponde á la posicion natural de la doble hoja. La figura 4 representa el termómetro de Krecke que desde mucho tiempo mide las temperaturas en el observatorio de Utrecht; v, v' es una seccion de este aparato por un plano horizontal; v, v' son dos tubos de vidrio ve~ íicales, colocados en un soporte F, en el cual está fija una plancha de zinc Z o ( 1 en seccion horizontal), de forma angular para darle rigidez. En Z' está fija una segunda plancha de zinc Z' o' (t' en seccion horizontal), idéntica á la primera. Estas placas están sostenidas por anillos a, a', susceptibles de resbalar libremente por las columnas de vidrio, y terminan en unos filos de acero, de los cuales, el o' sostiene el extremo p de una palanca p p', y el otro o, el extremo r, de menor peso que p. Al subir la temperatura, las dos fajas de zinc se dilatan y hacen balancear la palanca p r alrededor de un punto ideal situado entre o y o', y, provisto su extremo r de un lápiz, traza una curva en una hoja de papel movida horizontalmente. Como el zinc se dilata unas cuatro veces más que el vidrio, el lápiz cambia mucho de posicion, y tanto más cuanto más se aproximen los puntos de apoyo o, o', y más largo sea el brazo o r'. Otros varios sistemas mecánicos se han ideado para determinar las temperaturas, en alguno de los cuales se utiliza el electro -magnetismo, llegándose' hash el extremo de construir aparatos que reunen todos los instrumentos de meteorología y dan á conocer mecánicamente la temperatura, la presion del aire, el viento, la humedad y la lluvia. El meteorógrafo del P. Secchi es uno de los aparatos más completos de esta clase. M. Van Baumhaner ha ideado tambien un sistema que permite además, obtener las indicaciones de instrumentos especiales instalados en observatort'os solitarios que se visitan sólo de cuando en cuando. Se recogen enton-

ces las hojas en las cuales están trazadas las curvas, sustituyéndolas con otras y se da cuerda al reloj-motor. Registradores fotográficos.-Por medio de la fotografia es posible conocer los cambios de posicion del nivel de una columna de mercurio; más si se trata del termómetro, por tener que estar colocada la columna en la obscuridad y el depósito al exterior, se emplea un termómetro diferencial espiral, compuesto de un tubo de vidrio en forma de U que contenga el mercurio. Uno ele sus brazos comunica, por medio de un tubo flexjble, con un depósito metálico, introducido en el suelo, que le mantiene á una temperatura constante conocida, y el otro brazo comunica con un segundo depósito semejante al primero, colocado al exterior para que tome la temperatura del aire. Los movimientos de uno de los niveles del tubo en V dan á conocer las variaciones de ·tem p·e ratura del aire exterior. La figura 5 representa el conjunto del registrador fotográfico de Ronals. El aparato está colocado en una cámara oscura, n es el nivel cuyos mvvimientos se trata de conocer. En s se encuentra la llama de una lámpara ó de un mechero de gas, colocado en el foco de un espejo cilíndrico vertical p de seccion parabólica, que refleja los rayos luminosos paralelamente unos á otros. Estos rayos van á parar á una lente cilíndrica vertical l, que los concentra á un foco lineal sobre el tubo b n b. La pantalla e, con una hendidura estrecha vertical, solo deja pasar una parte de los rayos luminosos. La lente L forma en r r' una imágen invertida de una parte de la hendidura que sobresale del nivel n de la columna mercurial; los rayos correspondientes á la parte de esta hendidura inferior á este nivel están limitados por el mercurio. La imágen se proyecta en una hoja de papel sensible, es decir, impregnado de substancias susceptibles de modificarse con la luz. Este papel sensible se coloca en un marco a a', en donde hay un sistema de relojería que le hace mover lenta, regular y perpendicularmente á la direccion de los rayos luminosos. Cuando todos los puntos del papel han pasado sucesivamente por la imagen luminosa, se sumerje este papel en ácido pirogálico, que vuelve negras las partes heridas por la luz y blancos

CLIMA TOLIGIA

todos los puntos en los cuales el mer.:urio del barómetro le ha preservado de la accion de los rayos. La curva formada por el borde ó · contorno de la parte blanca, indica las variaciones de posicion del nivel del mercurio. En A A ' se vé el aspecto de la hoja sensible al final de un experimento. Una escala trazada sobre un lado vertical del marco permite calcular las diferencias de altura. Otra escala trazada sobre uno de los lados horizontales indica las horas correspondientes. M. Regnault propone un termómetro for. mado por un depósito de plata lleno de aire, colocado al exterior, que comunique con un manómetro de mercufio dispuesto como el del pirómetro de aire (fig. 6), y colocado en la cámara obscura, en donde se observan los movimientos del nivel por medio de la fotografía. La comunicacion entre el depósito y el manómetro se obtiene por medio de uno de estos tubos capilares de plata que M. Regnault labra con tanta perfeccion y que, con un diámetro interior de un tercio de milímetro1 puede alcanzar una longitud de 20 metros. Reloj termómetro. - M. Jürgensen ha ideado un aparato que por sí mismo da la media de las temperaturas que tienen lugar durante cierto tiempo. Consiste en un reloj cuyo balancín está provisto de dobles hojas a, a, a (fig. 7), formadas de platino y de cobre, como en los cronómetros compu0stos; sino que aquí el metal más dilatable se coloca al interior. De esto resulta que, si la temperatura sube, las masas n, n, n, se alejan del eje y el · reloj retarda, y por el contrario, avanza cuando baja la temperatura. Por tanto, se busca á qué temperatura t el balancin hace una oscilacion por segu-ndo, ó 864,000 oscilaciones en 24 horas. La diferencia entre el número de oscilaciones ejecutadas durante un tiempo dado y el número de segundos que contiene, sirven para calcular la diferencia entre la tempera tura media durante este tiempo y la temperatura t; por cuanto, para modificar el movimiento, cada temperatura obra proporcionalmente á su duracion y á su intensidad. Una tabla constrnída por comparacion da á conocer el número de grados correspondientes á una pulsacion de mG.s ó de menos durante un tiempo dado .

•

De estos relojes termómetros, se han construído ·que varían de 32 segundos y hasta de 51 segundos en 24 horas, para una diferencia de temperatura de un grado. Becquerel obtiene la temperatura media por un método análogo y emplea para ello un reloj cuyo movimiento está regulado por un péndulo semejante á los péndulos compensadores, pero cuya disposicion está invertida, de suerte que las oscilaciones van siendo más lentas á medida que sube la temperatura, y se aceleran cuando esta baja . De la temperatura del aire en un mismo lugar.

Modo de observar la temperatura del aire. -En un termómetro expuesto al aire libre influyen varias causas que hacen inciertas sus indicaciones: por ejemplo, el calor emitido por el sol y los cuerpos que se encuentran á su alrededor, la reverberacion de los rayos solares, la radiacion del mismo termómetro hácia los cuerpos más fríos. Basta á veces cambiar de sitio el instrumento en un radio de algunos metros solamente, y hasta cambiar tan solo su orientacion, para que cambien sus indicaciones. Para obtener resultados comparables, deben eliminarse, pues, estas varias influencias y limitarse á evaluar la temperatura del aire, lo cual exige muchas precauciones. Posicion del termómetro.-EI termómetro debe colgarse á unos dos metros sobre el suelo, á la sombra y de cara al N. Frente de él no deben haber ni edificios ni ningún obstáculo capaz de reflejar calórico del sol; se le preserva entre dos maderos colocados horizontalmente para que no vea ni el cielo ni la tierra. Para comprobar sus indicaciones se sujeta un pequeño termómetro con un cordel y se le da vueltas como si fuese una honda: de este modo, renovándose incesantemente el aire alrededor del instrumento, el efecto producido por su contacto es muy grande con relacional de las varias radiaciones. Bravais dice que las temperaturas obtenidas con este medio son inferiores durante el día á las de un termómetro fijo, y superiores durante la noche. En general, un termómetro fijo da una temperatura comprendida entre la del suelo y la del termómetro-honda.

FÍSICA INDUSTRIAL

Para evitar los efectos de la radiacion, día anual no es la misma todos los años en M. Renou encierra el depósito ó bola del ter- un mism0 lugar; pero las diferencias no pamómetro en un doble tubo negro por dentro, san generalmente de 5 á 6 grados. Si se hace por cuyo interior circula el aire cuya tempe- la suma de las m edias anuales observadas ratura se desea observar. Viard emplea, con durante cierto número de años, y se divide muy buenos resultados, una disposición aná- esta suma por este número, se obtiene la temloga: coloca el termómetro en el centro de peratura media del lugar y con tanta mayor dos tubos concéntricos; el aire penetra por la certeza cuanto mayor sea el número de años. Variaciones diurnas en un mismo lugar. parte inferior del tubo más estrecho, baja por el espacio que les separa y pasa á una caja, de -La temperatura varia de un momento á la cual sale por un tubo de plancha, en donde otro del dia de 24 horas, á causa de los camarde una lámpara que produce tirages. Modi- bios de distancia del_ sol al horizonte, tanto ficando la velocidad de la corriente de aire, encima como debajo de este. Para tener una idea general de la marcha de la temperatura el termómetro solo varia de / de grado, lo durante las 24 horas, debe prescindirse de la 6 cual demuestra que las indicaciones de la tem- influencia de las estaciones y de las variaciones accidentale_s debidas á varias causas, tales peratura del aire son buenas. la direccion del viento, la lluvia, etcécomo Tambien se coloca el termómetro en una especie de jaula con persianas que le preser- tera. Para ello, se toma, para cada hor.a del van de la ra'diacion de los cuerpos exteriores, día, la media de las temperaturas observadas permitiendo al propio tiempo que el aire cir- á esta hora durante varios años. Las horas de máxima y de mínima expericule con facilidad alrededor del instrumento. Temperaturas medias.-Si se observa el mentan tambien cambios segun las estaciones. termómetro durante 24 horas, en un lugar En general, se puede decir, que la máxima dado, á intervalos suficientemente aproxima- tiene lugar un poco antes de las 2 en invierno dos para que los cambios no sean muy nota- y un poco despues de esta misma hora en vebles en estos instantes, y si se divide la suma rano. La mínima se presenta, en nuestro's de los grados observados por el número de climas, como una media hora antes de la saobservaciones, se tendrá lo que se llama tem- lida del sol, cuando este astro se encuentra peratura m edia del día. Como las variacio- á 12º debajo del horizonte, si se consideran nes son muy lentas, basta observarlas de los resultados de todo el año. Pero, si se quiehora en hora. Este modo de observar es muy ren distinguir las estaciones, la mínima tiene engorroso, y como se ha ex perimentado que la lugar en invierno y en otoño, cuando el sol 111.edia obtenida coincide con la que darian se encuentra á 18º debajo del horizonte y, en tres observaciones solamente, practicadas al verano, cuando está á é. Marcha anual de la temperatura.-En gem edio día, al salir el sol y al ponerse, basta neral la temperatura media de los meses aucon estas tres últimas. menta de enero á julio para decrecer luego, Humboldt, de sus muchas observaciones practicadas en Europa, deduce que en todos los lo cual resulta de observaciones practicadas climas y en todas las latitudes la media entre en estaciones muy apartadas unas de otras: la máxima y la mínima coincide, á algunas en Laponia, en el golfo Pérsico, en América. décimas de grado de diferencia, con la media Esta marcha de la temperatura se explica por los cambios que sobrevienen en la duracion del dia. Con los instrumentos de que se dispone relativa de los dias y de las noches, y por la hoy dia son muy fáciles las observaciones. altura del sol sobre el horizonte al medio dia, Dividiendo por el número de días del mes la cambios debidos á la inclinacion del eje de la suma de las temperaturas medias de todos los tierra sobre el plano de la eclíptica. A partir dias, se obtiene la media mensual. Dividiendo de enero, los dias crecen á expensas de las por 12, la suma de las 12 medias mensuales noches y la altura del sol aumenta. Estos cambios son lentos al principio, de suerte que se obtiene la media anual. Tempera.tura media de un lugar.-La me- hácia el equinoccio es cuando la temperatura

CLIMATOLIGIA

principia á crecer notablemente. Entonces, como los dias van siendo inás largos que las noches, la cantidad de calor durante el dia es mayor que la pérdida que tiene lugar durante la noche. Este aumento es menos pronunciado al aproximarse el solsticio de verano, que tiene lugar del 20 al 2r de junio, por cuanto los cambios en la altura del sol y en la duracion de los dias son más pronunciados. Despues del solsticio, la temperatura continúa, no obstante, aumentando hasta el 26 de julio, por ser mayor aún la cantidad de calor recibido que la pérdida nocturna. A partir de esta época, la temperatura baja rápidamente hasta mediados de enero. Estaciones meteorológicas.-Como la máxima y la mínima de temperatura anual no tiene lugar en la época de los solsticios, los meteorologistas en general dividen el año en estact'ones meteorológicas distintas de las estaciones astronómicas. Por tener lugar la mínima del año hácia el r 5 de enero, se toma este dia .como el medio del invierno, que se compone entonces de los meses de diciembre, enero y febrero. La primavera está formada por los tres meses siguientes; el verano, por junio, julio y agosto; y el otoiio, po_r setiembre, octubre y noviembre. La mínima, la máxmza y la media anual, que tiem: lugar en abril y octubre, se producen entonces hacia el dia medio de las estaciones. Variaciones accidentales. -Temperaturas medias de 5 dias.-Independientemente de las variaciones periódicas de la temperatura, deben considerarse, en un mismo lugar, las varia_ciones acct'dentales que las temperaturas medias hacen desaparecer. Estas variaciones pueden afectar al mismo tiempo á varias comarcas; y otras variaciones, en sentido contrario á las anteriores, se producen brdinariamente, en el mismo momento, en regiones distintas, en una gran extension tamb'ien. Para apreciar estas fluctuaciones, los períodos mensuales son demasiado largos y los diurnos de masiado cortos, en atencion á que las causas puramente locales ejercen á veces una influencia excesiva en un per_íodo tan corto. Por esta causa, en varios observatorios se adoptar.J. períodos de 5 días, á partir del primero de enero. Comparando las tempera turas medias de 5 dias obtenidas en un mismo lugar á distintas

épocas del año, se podrán conocer las estaciones en las cuales las variaciones sean más frecuentes y más extensas. Comparando los resultados obtenidos en varios países, se podrá conocer tambien la variabilidad comparativa y calcular el coeficiente de disposicion á irregulares variaciones, que tanto influyen en la naturaleza de los climas. TEMPERATURA DEL AIRE Á VARIAS lATITVDES.

-Temperaturas medias á latitudes distt'ntas. -La temperatura media en los .distintos puntos de un mismo meridiano va disminuyendo á medida que se va alejando del ecuador; lo cual se esplica por la disminucion de altura del sol á mediodía sobre el horizonte. Pero, esta temperatura media · depende tambien de varias causas ·que hacen que no sea la misma en todos los puntos de igual latitud. En efecto, si se hace pasar una curva p~r todos los lugares que tengan una misma temperatura media', se observará que esta línea no es una circunferencia paralela al ecuador, sino una curva tanto más irregular cuanto más baja sea la temperatura media á que corresponda. Líneas y fajas isotermas.-HumbeldÚlama líneas isotermas á unas curvas trazadas en la superficie del globo, que pasan por todos los puntos de igual temperatura media. Llama ja¡'a ó 1ona isotenrza al espacio comprendido entre dos líneas isotermas . La figura 8 representa las curvas isotermas de 25º, 20°, r 5°, roº, 5°, 0°,-5°, - roº, y-r5º, trazadas con líneas seguidas en la figura 9 . .Se observa que se van separando del polo, en el Asia y en América; luego, estos son continentes más fríos que la Eui;-opa y que el gran Océano. A partir de la isoterma de 5°, se van produciendo inflexiones más y más pronunciadas, cuya convexidad mh-a al polo, acabando por afectar la curva la forma de un 8.ª Se va separando luego en dos partes distintas, de suerte que rodea dos puntos contiguos á los polos, llamados polos del frio, en donde es más baja la temperatura media que en todos los demás puntos. Polos del jrio.-Durante mucho tiempo se ha supuesto que sólo existía un polo del frio en nuestro hemisferio, cuando realmente existen dos, como observa Brewster haciendo notar la depresion de las líneas isotermas, que ácaqan por dividirse en dos sistemas de cur-

FÍSICA INDUSTRIAL 768 Temperaturas en un mt'smo meridiano.vas cerradas. M. Kaemtz las coloca, una al norte del estrecho de Barow, en América, y La temperatura media va disminuyendo en la otra en Siberia, al Este del cabo Taymour. los varios meridianos, segun leyes distintas, Su posicion está claramente representada en por no ser círculos las líneas isotermas. La la figura 8. Segun Berghauss, la temperatura figura 10 da una idea de la ley de esta dismimedio de la primera es de -19° y la de la se- nucion, en el meridiano que atraviesa el Asia gunde de- 17°. Tanto estas cifras como la po- y la América, meridiano que presenta temsicion de los polos del frio, son muy inciertas, peraturas medias intermedias entre las del por la impo~ibilidad material de practicar ob- semi-meridiano más cálido que atraviesa el servaciones, repetidas en estos puntos, tan pe- Africa y el semi-meridiano más frío, que corta el gran Océano. En la línea o x se encuenligrosos por la gran intensidad del frío. En cuanto á la temperatura media del polo tran las latitudes _y en las paralelas á o y, las terrestre, no ha sido posible observarla direc- temperaturas á la escala de 5 milímetros por tamente, de suerte que los valores que se le grado. En Francia se debe avanzar de 185,200 dan difieren notable!11ente unos de otros. Lo metros hácia el norte para encontrar 1° de que realmente es cierto, es que esta tempera- menos. Zonas lsotérmicas.-Los meteorologistas ditura no es la más baja, como se·ha creído durante mucho tiempo. Así, Parry, que perma- viden generalmente la superficie del globo en neció diez meses en la isla Mel ville, halla una siete 1onas isotermas, det'modo siguiente: temperatura media de -18'5º; los límites exde 50º á 25º tremos fueron de -47° y+ 45'6º. Scoresby, l. Zona tórrida 6 ecuatorial.. Zona cálida 2. de 25º á 20º que se aproximó aun más al polo, á la latitud Zona suave. de.20" á 15" 3· de 78°, sólo encuentra 8º á-9°, lo cual prueba Zona templada. de 15 ° á 10° 4. la posibilidad de pasar por los puntos más de 10" á 5º Zona fria. 5· fríos del 11emisferio boreal. de 5º á oº 6. Zona muy fria. Ecuador termal 6 línea de mayor calor. de oº á Tº 7· Zona glacial 6 polar. Las observaciones que Humboldt practicó al borde del mar, fijan á 27° la temperatura me. Temperaturas medias invernal y estival. dia del ecuador. En el interior de los conti- La naturleza de un clima no depende tan sólo nentes, la temperatura media es más alta. de la temperatura media, sí que tambien_de Donville halla 32º en el Congo; Boussin- la más baja y de 1~ más alta. Se comprende gault 28º segun las observaciones practicadas que con una misma temperatura media anual en varias partes de los Andes; y en el interior los inviernos sean muy suaves ó suficientedel Africa se hallan 29°. Se ve con esto que el mente rigurosos para que sucumban ciertas ecuador geográfico no es una línea isoterma. especies de animales ó vegetales, y los veraSe da el nombre de ecuador termal, E T nos muy calientes ó excesivamente templados (figura 9), á la línea isoterma cuya tempera- para que puedan madurar ciertos frutos. Destura media es la más alta. M. Bergbauss dice de luego importa mucho considerar separadaque sube un poco hacia el norte, en Africa, y mente las temperaturas medias del invierno corta la línea equinoccial en dos puntos opues - y del verano. tos, situados el uno en la isla de Sumatra y el Si se unen dos puntos que tengan una misotro en la costa del Perú, bajando nuevamen- ma temperatura media t"nvernal por medio de te hacia el Sud en el gran Océano. Por lo de - una línea, se obtiene lo que Humboldt llama más, la forma del ecuador termal no es bien una línea lsoquimena (invierno). La línea isoconocida á causa de las pocas observaciones tera (verano), es la que pasa por los puntos que se han hecho y por lo incierto de muchas que tienen una misma temperatura media esde ellas. tival. Estas líneas, representadas algunas de Tambien se distingue el ecuador térmico, ellas, en la fig. 9, con líneas de puntos las pricurva que pasa por los puntos de cada meri- meras y con trazos las segundas, no son tan diano en donde la temperatura media es má- · conocidas como las líneas isotermas, que esxima; luego ya no es una línea isoterma. · tán trazadas con líneas seguidas. E Tes, como

CLIMA TO LOGIA

ya hemos dicho, el ecuador termal, y e el ecuador de verano. Las lineas isoquimenas son muy importantes por formar la línea geográfica de ciertos vegetales: por ejemplo, el olivo no pasa de la de 5°; la de oº sirve casi de límite al haya, al moral y al castaño. En general, puede decirse que las líneas isoquimenas bajan rápidamente á través del viejo continente, del oeste 1º pasa por Uleaal este. La línea de - 1º á borg (Noruega), Berlin, Baden, Sebastopol y Pekín, atravesando así 21º de latitud. A igual latitud, los inviernos son, pues, mucho más frias en China que en el Oeste de Europa, en donde el mar profundiza extraordinariamente las tierras. En la América del Norte, se observa un hecho análogo; á igual latitud lascomarcas del oeste de los montes Apalaches tienen inviernos más crudos que las del oeste, que están más próximas al mar. Los veranos son tambien más cálidos hácia el oeste. Las líneas isoquimenas que atraviesan la Europa, se aproximan rápidamente al ecuador en direccion del este, y la diferencia entre los veranos y los inviernos es tanto más pronunciada cuanto más se aproxime al centro del antiguo continente y del ecuador. En un mismo meridiano, las diferencias entre las temperaturas medias estivales é invernales son, en general, tanto mayores cuanto más baja sea la temperatura media . anual; y estas diferencias son más pronun- dadas aun cuando, en vez de las temperaturas medias de verano y de invierno, se consideran las del mes más cálido y las del mes más fria, cuyos resultados se explican por el aumento de la desigualdad de los dias y de las noches al avanzar hácia el polo. Por último, se observa que la diferencia entre las estaciones es menos pronunciada

Temperaturas medias. » extremas de calor. » de frio .. >

Variaciones totales.

30º 48 [2

Se ve que los extremos están tanto más separados uno de otro cuanto más baja sea la temperatura media, es decir, cuanto más alta sea la latitud, que es un resultado análogo al que presentan tambien las temperaturas medias invernales y estivales. FÍSICA. IND

cerca de los puntos en los cuales las curvas isotermas van subiendo hácia el norte, que cerca de los puntos en que van bajando hácia el ecuador. Temperatura del emisjerio austral. -Son en muy corto número las observaciones que se han hecho en el emisferio austral. Con todo, se ha comprobado que la isoterma de 5° atraviesa la América á la latitud de 55º, hácia el estrecho de Magallanes. Tambien es á la latitud de 55º, que la isoterma de 5° corta á la América del norte. En el cabo de BuenaEsperanza, la temperatura media es menor de 3° que en el hemisferio boreal, y las aguas del Océano austral son más frias que las de los 'm ares del norte, á igual latitud. Se supone generalmente que el hemisferio austral es más frío que· el otro, lo cual no está completamente comprobado. Lo que si es seguro que, opuestamente á lo que se verifica en el polo norte, las isotermas son más y más regulares á medida que se aproximan al polo austral, lo cual obedece al predominio de los mares alrededor de este polo. Además, los inviernos son allí más apacibles, y los veranos menos cálidos, por más que el globo terrestre se halle má5 cerca del sol al encontrarse el hemisferio austral en verano, que cuando esta estacion pasa al hemisferio boreal. Temperaturas extremas. -Las temperaturas extremas observadas durante el año constituyen un elemento muy importante del clima. Estas temperaturas pueden considerarse, ya en absoluto, es decir, con el valor tan variable que presentan cada año, ya en término medio, segun los límites observados durante algunos años. Saigey ha tomado el siguiente cuadro de los extremos medios correspondientes á varias temperaturas medias anuales: 20° 41 -I

-20°

10°

-10º

19 -36

-52

-57

oº 26 -r4 -26 48

-23º

El mayor calor ·que se ha observado en el aire es de 54º, en el oasis de Mourzouck. Burckart observó 47'4º en Esné, en el alto Egipto, ·por un Khamsin, viento cálido procedente del centro del A frica. Los mayores frios se han observado cerca T. 11.

-97

FISICA INDUSTRIAL 770 Por lo que sigue veremos que los climas del polo norte. A veces se congelaba el merconstantes corresponden á las islas bajasyá las curio durante algunas semanas, lo cual supone un frio de -40º á lo menos. Parry vió costas, y los climas excesivos al interior de bajar el termómetro á -50º; y Kam y Black, los continentes. De ahi, la division de los clien el norte de América, á -50º y -56'7°. Este mas en climas marinos y climas continentales. Causas que mod{fican los climas.-Las ires el frio más intenso que se ha observado. Cuando se trata de apreciar los efectos de regularidades de las curvas isotermas, isoquilas temperaturas extremas en la vejetacion, menas é isoteras, demuestran que los climas no basta conocer su graduacion, se necesita no dependen únicamente de la latitud. Influye conocer además su duracion. Así es que, un en ellos tambien la extension relativa de los frio intenso, pero que sólo dure algunos ins- mares y de las tierras, la configuracion de las tantes, al terminar la noche, podrá no ser costas más ó menos accidentadas, el relieve perjudicial á las plantas; mientras que un frio de los continentes, la direccion de las cordimenos intenso, pero que persista durante al- lleras de montañas, los vientos reinantes, las gunas horas, podrá matarlas. Flangergues, corrientes marinas, la naturaleza del suelo, la trató de apreciar la duracion del frio durante vejetacion que los cubre, etc. la noche, observando el espesor del hielo Si la superficie de la tierra fuese unida é formado en la superficie del agua, para lo idéntica en todas partes, la temperatura decual ideó un instrumento llamado Kruómetro. penderia entonces únicamente de la latitud; De Gasparin emplea un simple vaso lleno de más no es así, y se puede decir, en general, agua, expuesto al aire y revestido lateral- que la proximidad de las grandes masas de mente con tejidos de paja. El espesor de hielo agua eleva la temperatura media y aproxima formado, que depende esencialmente de la los extremos. Este resultado-se explica fácilduracion del mínimo, da una idea de la suma mente: los rayos solares penetran á cierta prode frlo experimentado por las plantas. fundidad en el mar, calentando así una capa CLASIPICACION DE LOS CLIMAS.-Los climas de agua bastante gruesa, de suerte que la temse distinguen unos de otros no tan solo por peratura no se eleva mucho en la superficie su temperatura media, si que tambien por la durante el verano. Por otra parte, como el distancia entre las· temperaturas extremas. Ya calórico que se pierde durante el invierno, Hipócrates, en su Tratado de los aires, de las viene de una gran profundidad, el enfriaaguas JI de los lugares, divide los climas en miento ele la superficie es poco pronunciado. uniformes JI variables. Buffon llama climas Luego, el aire que está en contacto con el escesivos á aquellos cuyos extremos difieren mar, tiende á adquirir su temperatura, suce- · mucho. Cuando la diferencia es moderada, diendo lo mismo con el aire de las islas bajas se tiene un clima variable, y un clima uni- y de las costas que representan un gran númeforme ó constante cuando es poca la diferen- ro de golfos. Los vientos de mar templan el cia. Por ejemplo, París posee un clima varia- frio en invierno y disminuyen el calor en ble; la diferencia entre la temperatura media verano. Así, los vientos de oeste, que-soplan del mes más cálido, 18'01 º/y la del de más frio con tanta frecuencia, particularmente en in3'59°, es de r4'42º. Los climas de Nueva-York vierno, dan á las costas occidentales de los y de Pekin son excesivos, puesto que la dife- dos continentes un clima más igual que el de rencia entre el mes más caliente y el más frio las cosfas orientales. Además, estos vientos es de 30'8º y 33'2º. Lo mismo puede decirse húmeq.os no activan la evaporacion, que es de San Petersburgo, Moscou, Yakousk, cuyas una ca.usa de enfriamiento; y, precipitando el diferencias entre las temperaturas medias esti- vapor, durante el invierno, forman una nevales é invernales son 23'6º, 27 7°, 56'1º. Las blina que impide el enfriamiento por radiaislas Feroe y Shetlands tienen su clíma cons- cion hácia el espacio. · tante, en atencion á que las diferencias entre En los continentes, por el contrario, en las las temperaturas medias estivales ·(1r'6º y comarcas apartadas del mar, la sequedad ren'9°) y las invernales (3' 9° y 4°) sólo son de lativa y la transparencia de la atmósfera, que favorecen la transmision de los rayos solares 7'7° y 7'9º.

CLIMATOLOGIA

y la radiacion al espacio, la acumulacion del calórico en las capas superficiales del suelo que se calientan mucho á poca profundidad y se enfrian del mismo modo, hacen que los climas sean excesivos. Estas consideraciones, desarrolladas por primera vez por Buch, explican porque Europa, en donde existen muchos mares y lagos interiores y un gran número de golfos, posee un clima marino, particularmente en -el meridiano del Monte Blanco, en donde hay menos tierra. A partir de este meridiano, los extremos se separan un poco en direccion del oeste y más y más aún hácia el este. El clima de China es excesivo,· en Pekín, con la temperatura media de Bretaña, el verano es más cálido que en el Cairo y el invierno tan crudo como en U psal. Más al norte de Asia, se encuentran en Irkontsk y en ToboJsk y Barnaul, los veranos de Cherburgo, Berlín y Munster; tanto, que el termómetro se mantiene semanas enteras á 30° y 31°; pero la temperatura media de los inviernos es de -18° á -20°. Del polo glacial al polo geográfico, baja el frío á causa de la existencia de ún mar libre y profundo, descubierto por el capitan Weddel. La América del norte presenta hechos análogos: el clima de la nueva California es uniforme, y el de la parte oriental de los Estados-U nidos, excesivo. El clima de los países contiguos al mar es más templado tambien, á causa de ciertas corrientes marinas que conducen á las costas masas de agua calentadas por el sol del ecuador: por ejemplo, en las costas occidentales del norte de Europa, así como tambien en algunos puntos de las costas orientales de América. CUmas locales. - Los climas locales que afectan á regiones de poca extension, se distinguen del clima general de una comarca por caracteres que dependen de ciertas circunstancias locales: naturaleza del suelo, estado del cultivo, extension de los bosques, direccion y configuracion de los valles, pantanos, proximidad y orientacion de las cordilleras. Todas estas causas locales imprimen á las curvas de temperatura un cúmulo de pequeñas sinuosidades que en el trazado general de estas líneas se desprecian. En ·todas las comarcas en donde los vie'htos

771

reinantes sean cálidos y húmedos, la temperatura sube; los vientos secos y fríos, por el contrario, la hacen bajar. Los pantanos son tam bien una causa de enfriamiento, por la abundante evaporacion que se produce en ellos, y, en las latitudes elevadas, por el hielo que conservan hasta mediados del verano. En cuanto á los bosques; estos hacen más irregulares los climas; pues, en América se observa que la tala de los bosques aproxima los extr~mos y eleva algun tanto la tem pera tura media. Los bosques enfrían las comarcas en donde se encuentran absorbiendo los rayos solares, á causa del trabajo fisiológico, y por la activa evaporacion que se resuelve en la superficie de las hojas. Además, privan el paso á los vientos marinos, impidiéndoles penetrar al interior de las comarcas. Temperatura de la atmósfera á varias alturas.

Frío de las altas regiones del aire.-De los experimentos practicados en las altas montañas y de la observacion de las nieves perpétuas que coronan sus cúspides, resulta que la temperatura decrece á medida que se va subiendo en la atmósfera. Desde la invencion de los globos aerostáticos, ha quedado pertectamente bien confirmada esta ley. En 1804, Gay-Lussac salió de París á la temperatura de_ 28 grados, halló -9'5 grados, ó sean 37'5 grados menos, á la altura de unos 7 ,ooo metros; á la misma altura, Barral y Bixio, en 1850, hallaron--30 grados. Ya veremos más adelante que el decrecimiento varia segun la estacion y la hora del día, y que á partir de unos roo metros es cuando se manifiesta de un modo constante y regular. Causas del jrio de las altas regiones. -El calor que recibe la atmósfera proviene del sol, de cuyos rayos, una parte van á la superficie del suelo y otra parte es absorvida por el aire, en cantidad tanto menor, cuanto más puro sea éste, menos denso y más seco; luego, las capas superiores de la atmósfera se calientan poco. Además, los rayos transmitidos elevan la temperatura del suelo que, por contacto, calienta el aire que la cubre, y emite á través de la atmósfera rayos de color obscuro absorbidos particularmente por el aire y el vapor, de suerte que es en cantidad insig-

FÍSICA INDUSTRIAL 77 2 nificante el que pasa á las capas superiores . le presenta la misma sucesion de plantas que Las capas inferiores se calientan, pues, de tres si se dirigiese al polo. El frio de las montaüas se explica de un modos: por contacto del suelo calentado, por absorcion de los rayos directos del sol, y por modo distinto que el del aire. Las cumbres la de los rayos obscuros emitidos por el suelo. elevadas radían hácia el espacio en una infiLas capas inferiores calentadas y dilatadas nidad de direcciones á través de una atmóstienden á elevarse y á transportar así el calor fera rara y pura, muy diatérmana y de un esá las regiones superiores, cuyas capas sera- pesor menor qui:! en las llanuras. Además ya rifican al subir, lo cual les produce enfria- no existe, como encima de las regiones bajas, miento, cuyos_movimientos se resuelven úni- una capa de aire calentada que irradie hácia camente cerca del suelo calentado. En efecto, la tierra el calórico que ha recibido. Es verpara que el equilibrio sea estable, basta que dad que las capas de aire situadas sobre las las capas disminuyan de densidad de abajo montañas están fácilmente atravesadas por arriba, lo cual depende de su temperatura y los rayos que emite el sol y que, por lo tanto de su presion. Por ejemplo, supongamos que dejan pasar libremente los rayos solares; mas, el suelo esté á 2 5 grados y que la tempera- tampoco el exceso de intensidad de estos ratura del aire disminuya de r grado para 30 yos, compensará nunca el exceso ·de pérdida metros de elevacion; con estos datos, la capa de los que partan del suelo, puesto que es de ait=e inferior calentada á 25 grados, no se particularmente con relacion á los rayos obselevará, puesto que, para que suba de 30 me- curos que la diferencia diatermánica del aire tros, se requiere que su densidad sea menor de las llanuras y de las montañas es sensible. Martins, publicó un trabajo relativo á esto, que la de la capa de aire que se halla á esta altura. Si 1 es la densidad del aire á o gra- y en él, á estas causas de enfriamiento, se dos, á la presion de 760 milímetros, su den- añade la ascension de las corrientes de aire sidad á 25 grados, á la misma presion, será: que se producen en las vertientes de las monque les dificultan el paso; de suerte que 2 r ~ = 0'916. La densidad de la capa taüas en las altas llanuras apartadas de las cumbres 25 2 73 situada á 30 metros de altura, cuya tempera- aisladas, puede ocurrir que la temperatura sea más alta en las que se encuentren á ma2 tura es de 24 grados solamente, será: yor altura; sin embargo, Hum bolt, en las 273 24 siempre que la presion sea la misma; pero, ciudades de Popayan, Méjico, Bogotá y Quito, como la presion disminuye de r milímetro situadas en llanuras á r, 769, 2,277, 2,660 y aproximadamente para una elevacion de ro'5 2,907 metros de altura, halla temperaturas de metros, lo cual da 2'86 milímetros para una 20, 17, 16 y 15 grados. Saigey considera corno una de las ·causas altura de 30 metros, la densidad no será endel enfriamiento en las montañas, la abun'_>< 760 - 2'86 t onces mas , que d e 273 + dante evaporacion que se produce en su su760 273 24 0'909, que es un poco menor que la de la perficie, con un aire muy rarificado. Martins insiste muy particularmente en esta capa á 30 grados. Por lo tanto no habrá motivo para que ésta se eleve y ocupe el lugar causa y dice que, al vapor abundante que se de la otra, á menos que se produzcan agita- produce y que se condensa rápidamente en el aire frío, se deben las nieblas que suben ciones accidentales. Frio de las altas montaiias. - Al verificar por las vertientes de las montañas muy húla ascension ,en una alta rnontaüa, se observa medas, y que forman lo que Peltier llama que la temperatura baja gradualmente hasta humo de las montaüas. Ley del decrecimiento de la temperatura llegar al límite de las nieves que coronan las cumbres más altas. En esto se ex perimenta el con relact'on á las alturas.- Esta ley es muy mismo efecto que al atravesar regiones cuyo importante para el cálculo de las refracciones clima es más y más frio, como en efecto nota astronómicas, y para establecer la fórmula el botánico que, á medida que va subiendo, que da las alturas por medio del barómetro. encuentra sucesivamente flores distintas que Hasta 3,000 metros, la baja de temperatura

C:LIMATOLOGIA

es á poca diferencia proporcional á la altura; más allá, ya no puede admitirse esta ley. Una de las mejores séries de observaciones sobre · este objeto la practicó Gay-Lussac en 1804, en un globo aerostático; observó el termómetro á 20 alturas distintas, y, al llegar á 6,977 metros, halló una diferencia de 40'2 grados sobre la temperatura de París en el mismo momento . De esto dedujo una baja de I grado por cada 173 metros de elevacion, suponiendo uniforme el decrecimiento de la temperatura, lo cual dista mucho de ser ,cierto, como vamos á ver. Las demás séries de experimentos que se conocen se practicaron en montañas, en donde la temperatura del aire es más baja que en las capas atmosféricas situadas al mismo nivel; por cuyo motivo la ' proximidad de las cordilléras hace los climas más rigurosos. Por lo demás, las observaciones deben efectuarse, por poco que se pueda, en picos &islados, alrededor de los cuales circula el aire con libertad. Entre las observaciones más notables, cita·remos las de Saussure, al vértice del monte Blanco, en donde halló 2'25 grados, mientras que el termómetro señalaba 24 grados en Chamouni y 28 grados en Génova, poblaciones situadas 4,372 metros más bajas. De esto dedujo una baja de temperatura de un grado para una elevacion de 144 metros. Humboldt halla 191 metros por grado en varias cumbres de los Andes y 218 metros en su ascension al Chimboraco, en donde ascendió á 5,876 metros sobre el nivel del mar. Ramond halla en los Pirineos 148 metros. Martins, r 44 metros sobre . el monte Ventoux. Kaemtz, 149 metros sobre el Rigi. Las diferencias entre estos resultados proceden, no tan solo de que la temperatura sea más baja en las montañas que en el mismo nivel sobre las llanuras y de que influya en ellas la forma de la montaña y el estado de su superficie, si que tambien, y muy particularmente, de que el decrecimiento de temperatura está íntimamente ligado con la hora del día, la estacion y la latitud del lugar, como veremos luego. Si solo se desea obtener una primera aproximacion, se pueden suponer 180 metros

773 por grado en nuestros climas y 200 metros en el ecuador. R elacion entre la temperatura y la ,Presion á distintas alturas. - El gran interés que tienen los ,astró.nomos en conocer la ley del decrecimiento de la temperatura hasta los límites de la atmósfera, ha hecho que los geómetras sometan al cálculo cuestion tan importante. Al principio se calculó sobre un número muy reducido de observaciones, con la particularidad de que ninguna de ellas se habia hecho durante l::i noche . Además, la mayor parte de los geómetras suponian que la atmósfera no tenia límite y que las capas superiores se iban enfriando indefinidamente ; hipótesis que les condujo á resultados inadmisibles. Con todo, llegai:on á reconocer que la s}.isminucion de la temperatura no es proporcional á la altura, y buscaron una relacion entre la temperatura de las capas atmosféricas y su presion. Estudiando y combinando Saigey todas las observaciones conocidas, obtuvo una relacion muy sencilla entre estos dos elementos, que vamos á exponer. Supongamos que se baje de lo alto de la atmósfera, de un punto cuya presiones nula, á la superficie de la tierra, en dond e la temperatura sea de 30 grados y la presion de 760 milímetros, y que se vaya anotando la temperatura todas las veces que se encuentre un aumento de presion de 50 milímetros ; supongamos, además, que la temperatura de la última capa atmosférica sea de 62 grados . Con estos elementos se podrá formar el siguiente cuadro : Pres iones . 0•11,11

50 100 150 200 250 300 35º 400 450 500 55° 600 650 700 750 760

Tempera turas.

-62'0º -53'o -44' 4

-36'2 - 28'5 -21 '2 -1 4'3 - 7'8 - I '7 4'0 9'3 14'2 18'6 22'6 2 6'2

29' 4 30'0

Diferencias.

fºº '6 8' 2 7'7 7' 3 6'9 (¡' 5 6' r 5' 7 5'3 4'9 4'4 4'0 3'6 3'~

774

FÍSICA INDUSTRIAL

Como se vé, las diferencias son iguales, por lo tanto las temperaturas no aumentan uniformemente como las presiones. Si se resta cada una de ellas ·de la que le precede, se encontrará sensiblemente el mismo exceso 0'4 grados; luego la temperatura varia en progresion aritmética cuya razon es o' 4, y la presion varia en progresion aritmética· cuya razon es 50 milímetros. Apoyándose Saigey en las observaciones hechas en Friburgo, en Génova y en el hospicio del Monte San Bernardo, supone que esta ley se verifica igualmente para otra cualquier temperatura de la superficie del suelo; y, además, que la primera diferencia y el exceso de una diferencia sobre la siguiente son proporcionales al exceso de la temperatura del suelo sobre la de la capa límite de la atmósfera; de suerte que, partiendo de los valores 9, o, 4 y 30 grados, se podrían calcular las dos cantidades de que dependen todas las diferencias, para cualquier temperatura de la superficie del suelo. Las alturas correspondientes á las temperaturas del cuadro anterior, se obtiene • por medio de la fórmula del barómetro. La curva de la fig . 1 r demuestra como varían, para disminuciones iguales de temperatura, estas alturas, representadas por las ordenadas, á la escala de un milímetro por r ,ooo metros. Se ve que, si se supone la temperatura del suelo á 30 g rados, las alturas correspondientes á una misma disminucion de temperatura, van creciendo al principio con bastante regularidad hasta la altura de 3 á 4,000 metros, para la cual la temperatura está comprendida entre 5 y ro grados: más allá, las alturas correspondientes á un grado de menos, crecen más lentamente para luego efectuarlo con más rapidez. Se ve, pues, que el enfriamiento, que se acelera al principio, presentando la aceleracion más pronunciada hácia 3,000 metros de altura, va disminuyendo cada vez menos á medida que se aproximan á los límites de la atmósfera. La altura á que decrece con más rapidez depende de la temperatura del suelo. Se la podrá calcular siempre, siguiendo la marcha que se acaba de trazar, con relacion á la temperatura de 30 grados. Humboldt observa, en el Chimborazo, un

decrecí miento poco pronunciado entre r ,ooo y 3 ,ooo m etros, en donde, en el ecuador, se encuentra la region de las nubes. Welsh, en cuatro ascensiones aereostáticas ejecutadas en Lóndres en circunstancias atmosféricas distintas, reconoce la existencia de una capa de aire de unos 600 metros de espesor, en la cual la temperatura es s~nsiblemente constante, y que aparece ligada con la precipitacion de los vapores atmosféricos que abandonan su calórico latente. Segun Humboldt, á esta causa debe añadirse _el calor solar retenido por las nubes. Circunstancias que modifican el decrecimiento de la temperatura.-T odo cuanto acabarnos de decir supone que ·tomando el término medio de un gran número de resultados, se destruye 1 el efecto de las circunstancias accidentales, como son la hora, la estacion y la latitud del lugar. Influencia horarta.-Esta influencia se reconoce practicando observaciones horarias simultáneas á alturas muy distintas, que es lo que practicó Saussure durante diecisiete días en la garganta llamada del Gigante, á 3,428 metros sobre el nivel del mar, mientras se hacian idénticas observaciones en Chamouni y Génova; y practicó igualmente Kaemtz en el Rigi, á r ,8ro metros, mientras se observaba si~ multáneamente en Basilea, en Berna, en Génova y en Zurich. Estos resultados están represe¡:itados por la3 curvas de la fig. 12; las alturas correspondientes á una baja de un grado están indicadas por las ordenadas, á la escala de u_n milímetro por cuatro metros, tomando como punto de partida la altura de 120 metros; las horas están contadas en la línea de las abcisas. La curva r corresponde á las observaciones de Rigi y la curva c á las de Saussure. Con ello se ve que hácia las cinco · de la tarde es cuando el decrecimiento de la temperatura es más rápido; la altura que corresponde á un grado de menos es la más pequeña. El decrecimiento más débil es hácia la salida del sol. Las irregularidades de las curvas proceden de que los valores que sirvieron para construirlas son en corto número. De los cambios verificados á horas distintas resulta decrecimiento de la temperatura cuando se va ·s ubiendo, así, las curvas de las varia-

CLIMA TOLOGIA

775

ciones diurnas del termómetro no ,pueden ser Todo lo que antecede se aplica únicamente paralelas si representan las observaciones á la atmósfera que cubre los continentes. Sopr_?cticadas á alturas distintas, que es cierta- bre el mar, cuya temperatura cambia poco mente lo que se verifica, como lo comprue- durante el día y hasta durante todo el año, ban las observaciones que Bravais hizo dulos resultados serán necesariamente distintos. rante 44 dias en el Faulhorn, á 2,673 metros, Interversiones.-Durante los inviernos riy en Milán, Génova y Zurich. La fig. 13 re- gurosos, se observa muy á menudo una interpresenta las curvas de las temperaturas hora- version en las variaciones de la temperatura rias relativas á Milán m, París p, y el vértice que, en vez de ir disminuyendo á medida que de Faulhorn /, durante el verano; en invier- se sube, aumenta hasta unos cien metros de no son algo distintas, como resulta de las ob- altura, desde la cual vuelve á disminuir. servaciones de Eschmann en el Rigi. · Fournet suministra un gran número de Influenct'a de las estaciones.-Kraemtz ha ejemplos de este fenómeno, que observó en construido un cuadro de las diferencias de niel sudeste de Francia y en Suiza, atribuyénvel correspondientes á una baja de un grado, doles á la sobreposición del viento del sud so-' relativo á los varios meses del año, para Gé- bre el viento del norte . nova y el San Bernardo, y para la Alemania -six, Pictet y Marcet, observan además que meridional y el norte de Italia. Las dos cur- una hora antes y despues de la puesta de sol vas de la fig. 14 representan estas diferencias y durante la noche, la temperatura crece con de nivel para los varios meses. La curva m la altura, lo cual han comprobado tambien los corresponde á Génova y al San Bernardo y la aereonautas, y estudió detenidamente Martins curvan á Alemania é Italia. Como se ve, du- por medio de seis termómetros de índice, corante los meses más cálidos es cuando es más locados á alturas que variaban de 0'05 á 49'4 rápido el decrecimiento de temperatura. Se vé metros sobre el nivel del suelo. En 94 noches igualmente que la influencia de las estaciones de observaciones, escalonadas en 15 meses disminuye á-medidaque es más elevado el pun- - consecutivos, 88 de ellas dieron aumento con to de partida; la diferencia entre las prome- la altura. El exceso medio del termómetro sudias estivales é invernales debe, pues, dismi- perior sobre el inferior fué .de 4'36 grados, nuir forzosamente á medida que se sube, con aire puro y tranquilo. Las nueve noches corno, en efecto, esta diferencia es de 19 gra- restantes, ·durante las cuales estaba cubierto do,s en las llanuras de Suiza, á unos 400 meel cielo, dieron un decrecimiento insignifitros; de 15 grados en el San Gothard, á 2,091 cante. Desde luego puefü: considerarse el cremetros; de 13'5 grados en el San Bernardo, cimiento nocturno con la altura, como caso á 2,493 metros. general; que se esplica, por el frío que á las Influencia de la latitud. - Siendo el ·decre- capas inferiores del aire comunica el suelo cimiento de temperatura, á medida que se enfriado por radiacion hácia los espacios cesube, más rápido en verano que en invierno, lestes. En los valles es en donde son más pares de suponer que lo será tam bien más en los ticularmente sensibles estos efectos, por la países cálidos que en los fríos. Parándose en tendencia que tiene el aire enfriado en peneel punto en que el decrecimiento es más rá- trar en las depresiones del suelo, por cuyo pido, Saigey halla que, si el suelo se encuentra motivo los vegetales que en ellas se encuená 30 grados, el decrecimiento es, por término tran sufren más que los de las colinas. Por medio, de un grado por 175 metros de altura. eso aconseja Martins el mayor cuidado en Si la temperatura del suelo baja de ro en ro elegir la posicion de las observaciones metegrados, es~a altura se convierte sucesivamente reológicas, puesto que una diferencia de altuen 190, 209, 235, 270, 323, 411, 588, 1,038 ra de pocas decenas de metros basta para moy 6,144 metros. dificar notablemente la temperatura. Así es La influencia de las estaciones depende tam- que, en Montpeller, por ejemplo, el mínimo bien de la latitud; nula esta influencia en el medio anual es de 2'91 grados más bajo en el ecuador, va aumentando á medida que se Jardín de plantas que en la Facultad de Cienavanza hácia e! polo norte. cias, que se encuentra 30 metros más alta.

FÍSICA INDUSTRIAL

Tambien se ha observado la interversion media y de las temperaturas extremas, que en las regiones boreales. Ex perimentos prac- sigue principalmente las inflexiones de las líticados en 1840 por Bosekop, empleando co- neas isotermas,· de la direcciou de los vientos rn etas y globos ca utivos provistos de ter mó- reinantes y de las reg iones que han atravesametros, dieron un aum ento de 1 '6 grados.para do ; del espesor de la nieve depuesta durante los 100 primeros metros, decreciendo luego el invierno; de la forma de los macizos y de la te mperatura, lentam e nte al principio y más la prox imidad d e otros picos cubiertos igualrápidamente despues. En estos climas se ob- mente de nieve; de la proximidad de extensas serva esta ley en pleno dia, alcanzando á Ye- llanuras. En América, el límite de las nieves es, en ces hasta 6 grados la diferencia. Estos hechos se esplican en parte por la el ecuador, á 4,800 metros, y va bajando á presencia frecuente de la contra-corriente su- medida que se avanza hácia el trópico septenperior procedente del mar. Tambien es pro- trional, mientras que va subiendo al dirigirse bable que contribuya á este resultado el en- al sud. Pentland la encuentra, en Chile, á las latifriamiento del suelo, privado durante varias tudes de 15 á 18 grados, á 800 metros más alto semanas de los rayos del sol. L ímite de las nieves perpetuas.-Las nieves que en el Ecuador, en Chimborazo, el Cotoque cubren las altas cumbres de las montañas pax i y la Antisana. A veces desaparece la tienen un límite inferior que varia seguu las nieve del volean de Aconcagua, latitud 32' 5º, estaciones. La amplitud de estas variaciones , 450 metros más alto que la cima del Chimboque sólo es de 25 á 30 metros en el ecuador, razo. En el ecuador, sólo se han observado v a aumentando á medida que se separa de él. las nieves perpetuas en América. En el Asia, en la vertiente meridional del Por ejemplo, en los Andes es de 600 . á 700 metros, á la latitud de 19 á 20 grados. Himalaya, el límite de las nieves se halla, seComo límite de las nieves perpetuas se toma gun Webo, á 3,956 metros de altura, mientras el nivel á que alcanzan en verano. · que es más alto en la vertiente septentrional, El límite de las nieves perpétuas va gene- alcanzando hasta 5,067 metros, casi tanto ralmente bajando á m edida que se avanza há- como en el ecuador. Esta anomalía se explica cia el polo, cuya ley presenta, no obstante, por la influencia de la llanura tibetana, cuya muchas anomalías. No es ciertamente entre altura media sobre el nivel del mar parece ser los trópicos en donde es más alto este límite, de unos 3,500 metros. y es tanto más irregular el fenómeno al avanHé aquí el cuadro de los límites de las niezar hácia los polos. El límite depende de un ves perpetuas en varios países distintos, por cúmulo de circunstancias: de la temperatura órden de. latitudes. LATITUD

COM AR CA S

Is la Mao-eroe . n No ru ega. Isla ndia . . Laponia .. Oural. K a mtsc ha tka. A ltai. A rpes. Cáu caso .. P irin eos .. Et n a . H imalaya (vertiente 11ort e). (ve r tie nt e sud. » Méjico . . Abisi nia .. Andes de Qu ito. C hil e . . Estr echo de M aga llan es ..

;

7 1º, 15' 66 á 67 65 60 59,4º >,

» » » 4 2 á 43 37 36 30 á 31 » 19 13, 10 oá 2 33 53 á 5 4

Límite de laHnieves.

72001 1266 936 I 169 1460 1600 2144 2700 3372 2728 2905 5067 3956 4500 4287 4812 4483 1130

TEMPERATURA MEDIA anual.

oº,2 » 4,5 » 1 ,2 2,0

2,8 1 I ,2

13,8 15,~ 18, » » 25 » :»

estival.

6º,4 )),

12 » r6,7 12 ,6 17,8 18,4 21,6 24,0 25 .1 ,>

» 27 ,8 » » » »

CLIMATOLOGIA

777 para una presion nula, es decir, en los lími. TVRNA.-Temperatura de los espacios plane- tes de la atmósfera. tart'os. - Fourier supone que el espacio en 2. º Las variaciones diurnas en un mismo donde se mueven los planetas posee una tem- lugar son tanto menores cuanto más baja sea peratura .propia, debida á los rayos de ca- la temperatura media. Suponiendo que se lor emitidos por todos los cuerpos celestes, emplea esta ley más allá de los límites obexceptuando el sol y los planetas de nuestro servados, la temperatura .media á que serian sistema. Esta temperatura es necesariamente nulas las variaciones, seria la temperatura del más baJa que la men9r que se ha podido ob- espacio; puesto que el calórico experimentado servar en las regiones polares, pues se ha en un lugar se compone de la accion variable visto descender el termómetro á - 57 grados, del sol y de la accion constante de los rayos ' cuya cifra suministra el primer dato de la procedentes del espacio. El caso de no protemperatura del €spacio. ducirse variaciones diurnas depende de que, Saigey calcula esta cantidad por tres méto- desapareciendo la primera, persiste la segunda. dos distin tbs: De las observaciones practicadas en GénoI. º A tendiendo á la ley del decrecimiento va, en Friburgo, en el Monte San Bernardo de la temperatura correspondiente á una dis-. y en el norte de América, por Saigey, .se deminucion constante de la presion, halla -60°, ducen los siguientes resultados medios: TEMPERÁTURA DEL ESPACIO.-RADIACION NOC-

Temperatura media del dia. •

•

Variaciones extremas del dia á la noche ..

Cada una de las variaciones se puede obtener restando 1'3 de la que le .precede. Continuando esta ley, se llega á obtener una variacion nula, considerando tres términos de más, · que corresponden á las temperaturas medias -40, -50 y -60 grados, de las cuales· la última representa la del espacio. 3. Bajándolas temperaturas medias á medida que se sube, y separándose los extremos á medida que la temperatura media es mayor, las diferencias de las temperaturas observadadas á diferentes alturas deben ser tanto más pronunciadas cuanto más alta sea la temperatura del punto más bajo, que es verdaderamente lo que se verifica. Buscando á que temperatura la diferencia es nula, se obtendrá igualmente la del espacio, puesto que debe ser igual á todas las alturas. Las observaciones ejecutadas en Génova, en Friburgo y en el Monte San Bernardo, dan l0s resultados siguientes: 0

Temperatura en Génova. Exceso sobre la de Friburgo.. . Esceso 'sobre la de San Fernando..

30° 20 roº oº -10 -20º , 1'8 1'6 1'3 1 2'3 2 15

La série de las diferencias en el Monte San Bernardo forma una progresion aritmética FÍSICA. l:&D.

20° -10'50

10º oº 9º 7'8

-10° -20° -30º 6'5º

5' 2°

3'6°

cuya razon es 2; y el término igual á o grados corresponde á una temperatura comprendida entre -4oy-50 grados. La série de las diferencias en Friburgo no sigue una ley tan sencilla; con todo, pueden obtenerse los varios términos restando ya 0'2 ó ya 0'3 del que precede. Adoptando 0'3 se halla que la temperatura correspondiente á una diferencia nula está comprendida entre - 50 y - 60 grados. Adoptando 0'2, se halla - 70 grados. Desde luego se puede admitir - 60 grados. Método por radt'acion hácia el espacio. Halla Pouillet nuevos valores de la temperatura del espacio, por medio de un aparato particular al cual llama actt'nómetro. Supongamos un termómetro expuesto á la radiacion del espacio durante la noche, el cual recibirá calor: 1.º del espacio, en cantidad constante; 2. º de la radiacion varia ble de las moléculas de la atmósfera. Suponiendo una envolvente deJemperatura tal que su radiacion sustituya la del espacio y la de la atmósfera, llamada temperatura r_eJ1ital por Pouillet, esta temperatura será variable como la del aire, de que depende. Veamos ahora, pues, como se podrá observar la temperatura zenital por medio del actt'nómetro. Actt'nometro de Pout'llet.-Este aparato (fiT,

11-98

FÍSICA INDUSTRIAL

gura r 5) está compuesto de varias pieles de cisne, con borra, bien extendidas en anillos sobrepuestos horizontalmente, pero de modo que la borra no esté comprimida. En la parte superior se encuentra un termómetro. El todo está contenido en un cilindro plateado cubierto igualmente con piel de cisne, situado dentro de otro cilindro e e'. El reborde e de este último sobresale del termómetro, que solo ve los dos tercios de la bóveda celeste. U nos agujeros practicados al nivel de la borra permiten el paso del aire fria. Expuesto el actinómetro á la radiacion nocturna en cielo sereno, se observa de hora en hora la diferencia entre su temperatura y la de un termómetro colocado á medio metro del suelo, que dará la del aire ambiente, más alta siempre que la del actinómetro. De estas diferencias se deducirá la temperatura zenital. Observemos, en primer lugar que, si el aparato se colocase en el vacio, dentro de un circuíto hemisférico, cuyo termómetro pudiese ver todo el hemisferio, indicaria necesariamente la temperatura de éste; pero como dicho termómetro vea solamente dos tercios de él y esté rodeado de aire que le caliente, dará una temperatura más alta que la del circuíto. Para que se halle la relacion entre la temperatura del circuíto y la baja del actinómetro · bajo la del aire, Pouillet forma un cielo artificial por medio de un vaso de zinc de un metro de diámetro, debajo del cual coloca el actinómetro. Lleno el vaso de zinc con una mezcla frigorífica que le dé una temperatura de - 20 grados y colocado sucesivamente el actinómetro á distancias tales que su termóI I ..J h em1s1eno, . " . en metro pue d a ver-,-, -2 1le 4 3 3 · cada posicion, se anota la diferencia a, entre la temperatura del actinómetro y la del aire, encontrándose así que: si de la temperatura cualquiera t del aire ambiente, se · restan los _2_ de la diferencia a, se hallará sensiblemente 4 la temperatura ,t del cielo artiticial, obtenién-

dose 1 = t -

1.. a.

4 Con esta ley, aplicada á la bóveda celeste, calculó Pouillet las temperaturas zenitales á distintas épocas del año y á distintas horas /

del- dia, observando que estas temperaturas suben y bajan, á poca diferencia, como las del aire ambiente, cuyo resultado concuerda con los de los demás observadores. Así, Wells y Daniell, han visto bajar la temperatura del suelo á 7 ú 8 grados bajo la del aire, en nuestros climas; Wilson halla la nieve á 9 grados bajo la temperatura del aire, y Scoresby y Parry observaron la misma diferencia ~ientras el aire se encontraba á _:_20 grados. Como la diferencia entre las temperaturas del aire y del actinómetro es casi constante, se ve que el calor del espacio produce un efecto insensible; luego este calor es insignificante. . Se trata ahora de hallar una relacion entre la temperatura zenital ,t y la temperatura del espacio. En primer lugar, la cantidad de calor emitido en la unidad de tiempo por la unidad de superficie del circuí to zenital, se determina con la fórmula v = m a•. Además, la atmósfera emite una cantidad de calor igual á me a', llamando e á su potencia emisiva y t á la temperatura media de la columna de aire vertical; y el espacio emite una cantidad de calor igual á m a•, representando por x su temperatura. Una parte de este último calor es absorbida por el aire, de modo que al suelo solo llega la cantidad (1-e') ma•, llamando e' ·á la potencia absorvente de la atmósfera sobre los rayos del espacio. La cantidad de calor suministrado por el espacio y por el aire es igual, por definicion, á la que suministra el circuíto zenital, luego, se tiene:

m a•= me a 1

+ (1 -

e') m a•

ó bien:

a•=eat+(1-e')a•. Considerando esta fórmula como una ecuacion condicional á que deben satisfacer los calores de la tempera tura v.mital dados por el experimento, determina Pouillet los limites dentro de los cuales está comprendida la temperatura del espacio. El cálc_u lo de la temperatura media t de la columna atmosférica, es muy incierto, por cuyo motivo Pouillet prescinde de este dato, apoyándose en la persistencia de los fenómenos que se manifiestan anualmente en las

779 distribucion del calor en el globo. - Sea cual fuere la cifra que se adopte para representar la temperatura del espacio, siempre resultará esta temperatura muy baja. El suelo que habitamos se encuentra pues en una situacion especial; por un lado reina el calor excesivo de un fuego central y por el otro el fria del espacio. La costra sólida intercepta el calor procedente del interior, mientras que el aire, particularmente cuando es húmedo, impide que el calor del suelo se disipe por el espacio. Sin lá accion moderadora de la atmósfera, pasaríamos del calor excesivo producido por la totalidad de los rayos solares, que no estarian interceptados, al frío intenso que, durante la noche, resultaria de la radiacion libre hácia el espacio. Observemos igualmente que la atmósfera tiende á uniformar la distribudon del calor solar, por cuanto, durante el dia, el aire absorbe una parte de él, con lo cual se calienta, ó pasa á ser latente al dilatarse; y durante la noche-, intercepta una parte de los rayos obscuros emitidos por el suelo que, al enfriarse se contraen y devuelven el estado sensible al calórico latente que habian absorbido. Se vé pues, que la atmósfera viene á ser como un regulador del calor, que le retiene en parte cuando es abundante y le restituye cuando falta el sol. Efectos de la radiacion nocturna.-Cuando, durante la noche, la atmósfera es pura y seca, los cuerpos radian hácia el espacio, que, en cambio, les transmite rayos muy débiles, y la temperatura de estos cuerpos pasa á ser más baja que la del aire ambiente. Estudiando Wilson estos fenómenos observó en 1783 un termómetro colocado horizontalmente en la nieve, cuya potencia emisiva es muy grande, como marcaba -21 '7 grados, mientras que otro suspendido á 4 piés de altura, señalaba -13 '9 grados; pero, al aparecer nubes, el termómetro inferior subió á 13'9 grados . El mismo observador notó tambien que la diferencia entre las- temperaturas del suelo y del aire, á uno ó dos . metros de altura, es sensiblemente la misma, sea cual fuere la temperatura de este aire; cuyo resultado confirmaron despues Pouillet y otros varíos físicos y Parry y Scoresby en las regio1 nes boreales. Posteriormente Wilson, Pictet y Six observan que la yerba presenta, du-

CLIMATOLOGIA

regiones ecuatoriales. De este modo, por medio de varias consideraciones ingeniosamente deducidas, ha obtenido la ecuacion: a•=1'235

2-e , -0'489 2-e

en la cual, las letras representan las mismas cantidades que en las precedentes fórmulas. El conjunto de los experimentos hecho~ con los rayos solares dan e'=o'35, y entonces la ecuacion anterior se convierte en: r

a•= 1'008 - 0'748 e cuya fórmula solo contiene la incógnita x y la potencia emisiva ó absorbente e de la atmó~fera por los rayos celestes. Se ve con esto que, el menor valor de a corresponde al mayor de e; y como e no puede ser mayor que· 1, dándole este valor se halla x 175°; luego, la temperatura del espacio no puede ser inferior á esta cifra. Los experimentos de temperatura zenital demuestran que e no puede ser menor que 0'08, con lo cual se obtiene x=- u5 grados. Repetidas observaciones ejecutadas á latitudes y á alturas muy distintas son los únicos datos que darán á conocer el valor comprendido entre estos límites. De todo ello, deduce Pouillet como valor aproximado de la tempera tura del espacio, la cifra - 142 grados, que, como se vé, es mucho más baja que las obtenidas anteriormente. Los experimentos de Martins y Bravais demuestran claramente la influencia de la capa atmosférica sobre la temperatura zenital: en Faulhorns, el actinómetro señaló 6'27 grados bajo la temperatura del aire y en Brientz, á T, 1 ro metros más abajo, la diferencia fué solamente de 4'62 grados. En la gran llanura del monte Blanco y en Chamonix, á 2,800 metras más bajo, las diferencias fueron de 10'82 y 5'62 grados. Luego, la radiacion es mucho más acentuada en la montaña que en la llanura, y la relacion entre las radiaciones aumenta más rápidamente que la altura; puesto que, para las dos primeras estaciones, cuyas alturas sobre el nivel del mar son de 570 y 2,680 metros, la relaciones de 1'36, mientras que es de 1'98 para las otras dos estaciones, cuyas alturas son de 1,050 y 3,930 metros. Mision que desempeiia la atmósfera en la

780 FÍSICA INDUSTRIAL rante una noche tranquila y serena, de 7 á 8 y cuya temperatu ra media fué de 3'9 grados grados menos que el aire á 2 metros de al- 1 y la mínima de 9'7 grados; mientras que en tura. 1748 no se heló absolutam ente, á pesar de alPara evitar Melloni la radiacion hácia el canzar 4'5 grados la temperatu ra media, lo termómetr o superior, cubre la bola con una cual debióse á que el cielo estuvo constantecapa delgada de plata pulimentad a cerrada con mente nublado. un ta pon atravesado por la espiga. Armado así Segun Garcilaso de la Vega, cuando los el instrument o, le coloca en un tronco de cono peruanos veian el tiempo muy claro, hacian invertido de hoja de lata, sostenido por dos grandes hogueras para producir humo y fortubos muy delgados, de hoja de lata tambien. mar así una nube artificial que preservaba de El termómetr o se colocaba del mismo moao un frío intenso los retoños de las plantas en el suelo ; solo que se ennegrecia la capa de tiernas. Con el mismo objeto, se ha proplata. puesto quemar los aceites pesados y los alquiAplicacio nes.- Desde tiempo inmemoria l, tranes, más es preferible la paja, que, además se emplea en Bengala, para fabricar el hielo, de su escaso valor produce un humo muy esel frío producido por la radiacion nocturna, peso. . para lo cual colocan recipientes planos llenos . Tambien se ha propuesto, para evitar la de agua en una excavacion llena de paja de vigilancia y los cambios consiguien tes, instamaiz. Si el cielo está sereno, y el aire tran- lar cerca de las pilas de combustib le preparaquilo y no muy húmedo, el agua se congela, das, unos termómetr os metálicos que, al seaunque el termómetr o colocado horizontal - ñalar cero disparen un gatillo que inflame las mente en la paja señale cinco grados. pilas. Causas que modifican los efectos de la radiaLos árboles, los edificios, las rocas, en una cion nocturna. - Particularm ente cuando el palabra, todos los obstáculos que ocultan aire es puro, tranquilo y seco es cuando es una parte del cielo, impiden y atenúan los más intenso el frío producido por la radia- efectos de Ja radiacion nocturna. En r 794 se cion. Los viajeros que atraviesan las llanuras helaron las viñas de Borgoña excepto las que dese~adas de Los desiertos experimen tan tanto estapan cobijadas por árboles. Durante las frio por la noche como calor durante el dia. noches serenas no se siente tanto frío debajo Entre las causas que atenúan los efectos de de los árboles, al pié de los muros como al la radiacion citaremos en primer lugar el raso. viento que sin cesar renueva alrededor de los Los campesino s atribuyen á los rayos de la cuerpos el aire que les cede calor. A un efecto luna llena de últimos de abril 6 primeros de semejante se atribuyen los resultados que se mayo la propiedad de enrojecer, es decir, heobtienen en Francia cuando, para impedir lar los retoños de las plantas, llenas entonces que se hielen las viñas, se las desliga de sus de savia . Arap, atribuye esto al frío produestacas para que con sus movimient os renue- cido por la radiacion al espacio, atestiguand o ven el aire. Las heladas primavera les son más únicament e la luna que el cielo es puro. Para perniciosas en el fondo de los valles que en preservar las plantas, los jardineros colocan las vertientes de las colinas, por cuanto, en- casi horizontal mente 1::steras ú otros abrigos, friado el aire al contacto con el suelo, aban- cuya eficacia procede, no de que intercepte n dona las pendientes y pasa á los fondos en los rayos de la luna, sino de cubrir parte del los cuales, á los efectos de la radiacion añade cielo. el frío producido por su contacto, como lo deEtrióscopo . - Por la influencia que la ramuestra lo acaecido en 1873 en el Languedoc , diacion nocturna ejerce en las plantas, se ha en donde se helaron las viñas situadas en los tratado de conocer su intensidad , á cuyo fin fondos, y no sufrieron las de las colinas. Las se emplea el etrióscopo ó semiesfera de metal nieblas y las nubes preservan del frio, substi- pulimentad o, en cuyo centro se coloca la bola tuyendo los rayos que emiten á los del espa- de un termómetr o que pueda ver todos los cio, mucho más débiles que ellos. puntos del cielo. · · En 1762 se heló el Sena con un cielo puro, Leslie empleaba, un espejo parabólico , en

CLIMA TO LOGIA

78r cuyo foco se hallaba una de las bolas de un I perficie. Cuanto mayor sea la amplitud de los termómetro diferencial, y cuya abertura mi- cambios en la superficie, más profundamente raba al cielo. se dejarán sentir las variaciones. Por otra parte, observemos que la temperatura de la Temperatura de la tierra y de las aguas á varias superficie es generalmente muy distinta de la profundidades. del.aire: durante el día, está calentada por los Procedimientos de observacion.-Para me- rayos solares que atraviesan la atmósfera, y dir la temperatura del suelo á poca profundi- durante la noche, se .enfria por la radiacion dad, se introducen en el terreno termómetros al espacio. Las diferencias son más sensibles de espiga suficientemente larga para que el en las montañas, en donde la presencia del nivel del mercurio pase de la superficie, y se aire no las atenúa tanto como en las llanuras. tiene en cuenta la diferencia entre las tempe- Tambien dependen de la oblicuidad de los raturas de los varios puntos de la espiga, y la rayos solares. En verano, la temperatura sudel depósito. Boussingault practicaba un agu- perficial puede alcanzar de 50 á 60 grados ,.én jero de sonda, á cuyo fondo bajaba el termó- nuestros climas. metro y cerraba la abertura para evitar la Fourier, estudió por el cálculo la marcha circulacion del aire; el experimento lo practi- del calor solará trnvés de las capas superficaba debajo de una cubierta ó en una cabaña. ciales del globo, de lo cual deduce, que el Becquerel, midió Ja temperatura del lago calor que se distribuye por la tierra está sude Génova á varias profundidades, em- jeto á tres movimientos: r. º el paso casi inpleando un aparato que puede servir igual- sensible del calor central á través de la costra mente para observar la temperatura del suelo. sólida; 2. 0 un movimiento extraordinariaEste aparato se compone de un alambre de mente lento, que se convierte sensiblemente cobre y otro de hierro (fig. r6) soldados enen uniforme, que arrastra el calor acumulado tre sí por uno de sus extremos y comuni:. por el sol en las regiones ecuatoriales, hácia cando por el otro con las extremidades del las regiones polares en las cuales se disipa alambré de cobre de un r eómetro multiplica- por el espacio; 3. º un movimiento periódico dor. La soldaduras está sumergida en el meque se deja sentir hasta cierta profundidad. dio cuya temperatura se desea conocer y se La cantidad de calor solar que determina la mantiene con un peso. Los alambres están este movimiento oscila en las capas exteriocubiertos con algodon alquitranado que les res de lá tierra, se introduce en eJla durante aisla de la tierra húrheda ó del agua, enro- una parte del año y vuelve á subir durante la llándoles además á una cabria t. Las desvía - estacion opuesta, para radiar hácia el e~pacio. dones de la aguja del reómetro dan á conoHé aquí ahora las leyes de este movimiento cer la diferencia entre la temperatura de la · periódico : soldaduras y la del aire . Para obtener resulI. "Existe una profundidad en la cual las vatados· fáciles de apreciar, el alambre de hierro riaciones diurnas desaparecen; sucediendo lo - no debe exceder de 200 metros de longitud, mismo con las variaciones mensuales y anuacuando su diámetro sea de un milímetro. Se- les. Esta profundidad es proporcional, con mejante aparato, sólidamente instalado se- relacion á un mismo lugar, á la raiz cuadrada ñala á cada instante al exterior, la tempe- del período considerado. Así, las variaciones ratura de la capa profunda en la cual está diurnas cesan á una · profundidad' 19 veces introducida una de las soldaduras. menor que las variaciones anuales; 36r, que Temperatura del suelo á varias profundi- es el cuadro de 19, difiere muy poco del núdades.- Los rayos solares producen en las mero de dias del año. En Francia, el límite capas superiores del suelo variaciones diur- de las variaciones diurnas se encuentra á un nas y anuales de temperatura que ~ependen metro aproximadamente de profundidad, y de su conductibilidad, del estado de su su- en Alemania á 6 y 8 decímetros. perficie, de su permeabilidad que permite á La capa en la cual dejan de ser sensibles las las aguas pluviales transportará una profun- variaciones anuales, recibe el nombre de capa didad más ó menos grande el calor de su su- invariable, y se encuentra á una profundidad

FÍSICA INDUSTRIAL

tanto menor, cuanto menos difieran los extremos, es decir, cuanto más se aproxime al ecuador, en dónde se encuentra á algunos metros solamente, mientras que en Francia se halla entre 20 y 30 metros y en Alemania entre 6 y 10 metros. II. Las diferencias entre el máximo y el mínimo disminuyen en las capas formando una progresion geométrica, cuando las profundidades crecen en progtesion aritmética. Estas diferencias d, se pueden representar por c n-h, en la cual h representa la fórmulad la profundidad y c y n las constantes que se determinan con dos observaciones. Quetelet principió en el año 1834 una: -série de observaciones para: comprobar esta ley, introduciendo unos termómetros de espiga muy larga hasta 8 metros de profundidad; los resultados observados se diferenciaron solamente de algunas décimas de grado de los obtenidos con la fórmula, ya en uno como en otro sentido. Sin embargo, la fórmula ya no se verifica cuando h:= o ;desde luego no puede dar la temperatura de la superficie. III. La promedia anual, observada á una misma profundidad, coincide sensiblemente con la que se observa en el aire, de donde resulta que esta última puede _calcularse observando aparatos preservados de la influencia de la radiacion. Pero, debe observarse que la máxima y la mínima no se manifiestan al mismo instante en las varias capas, á causa del tiempo que necesita el calor para penetrar en la tierra. Quetelet halla, en Bruselas, que la ve!ocidad media de transmision á partir de la superficie del suelo, llegó á atrav esar 7'80 metros en 144 días, lo cual da 0 '3 metros en 6 días. Las variaciones diurnas necesitan á poca diferencia 3 horas para alcanzar una profundidad de o' 1 metros. Hé aquí algunas consecuencias de esta lentitud de transmision. Durante los meses de diciembre, enero 1. ª y febrero, va creciendo casi uniformemente la temperatura con la profundidad hasta la capa invariable. 2." En marr_o y abril, decrece rápidamente la temperatura hasta o' 45 metros aproximadamente, con menos rapidez despues, para aumentar luego. 3 ." Durante los tres meses que siguen, la

la temperatura sigue las mismas leyes, solo que, decrece con menos rapidez y á mayor profundidad. 4." En el mes de agosto, la temperatura disminuye casi uniformemente hasta la capa invariable. 5." En sett"embre, es_ sensiblemente uniforme hasta muy cerca de la capa invariable y al llegar allí decrece un poco. 6." En octubre y noviembre, la temperatura aumenta hasta una profundidad de unos seis metros, luego permanece sensiblemen~e constante hasta la capa invariable. 7. ª En la capa en donde la temperatura sólo varia de r metro al año, se manifiesta la máxima, mientras se produce la mínima en el aire, y recíp.rocamente; luego, son invertidas las estaciones. Esto tiene lugar á una profundidad de unos 8 metros en nuestros climas y á 8' 50 metros en Bosekop, segun las observaciones de Bravais. De la capa invariable.-Segun lo que acabamos de ver, existe á cierta profundidad una capa en donde cesan de ser sensibles las ,va..: riaciones anuales de temperatura, y á partir de ella es en donde principia á dejarse sentir el calor central. En todos los tiempos se ha observado que las cuevas, las cavernas profundas parecen frias en verano y templadas en invierno, efecto debido á la constancia de su temperatura, que contrasta con la del aire, y cuyo fenómeno no podía explicarse antes de la invencion del termómetro. En 1671, Cassini, practicó las primeras observaciones con este objeto, notando que la temperatura de los sótanos del Observatorio de París, cuya profundidad es de 27'60 metros no cambia en todo el año·, como lo compro- bó Lahire en 1730. En julio de 1783, Cassini, Thury y Lavoissier instalaron un termómetro de mercurio muy sensible, permanente, para poder comprobar indefinidamente el fenómeno. Cada grado está dividido en 200 partes iguales de medio milímetro de longitud é introdujeron el depósito en arena muy fina colocado en un vaso de vidrio. Este termómetro señalaba u'82 grados. Como la temperatura media de París es de 10'67 grados, la de estos sótanos era pues más elevada. Aplicacion para el cálculo de la temperatura media de un lugar. - Puesto que las

CLIMAíOLOGIA

temperaturas medias . anuales observadas á diferentes profundidades son iguales entre sí, la temperatura de la capa invariable debe ser igual á la temperatura media del aire 1 que es, á poca diferencia, lo que realmente tiene lugar. De esto se de4uce un método rápido para encontrar la temperatura media de los lugares inaccesibles; pero sin pasar, en ningu~ caso, de la primera capa invariable, para no experimentar la influencia del calor central. . Por este medio y siguiendo Boussingault el método antes descrito, pudo obtener la temperatura media de 128 localidades situadas entre Ir grados de latitud norte y 5 grados de latitud sud. Halló Erman, en Jakoutzk, en Siberia, á una profundidad de J6 á r7 metros, una temperatura de -7'5 grados, que concuerda con la tempe,ratura media dada por las observaciones practicadas en el aire por espacio de algunos años. A mayores profundidades, la temperatura era más alta; á 130 metros, era de 0'5 grados. Sobre este límite, la tierra permanece pues constantemente helada. A esto añadiremos que, generalmente, la teII!peratura de la tierra es un poco más alta que la del aire, á cuya circunstancia atribuye Wahlenberg la florecencia de ciertas plantas de raíces profundas, en las regiones en donde la temperat~ra media es muy baja. Temperatura de los manantiales. - Ocurriósele á Rcebuck tomar- como tempei:atura media de un lügar la de los manantiales, que no varia durante el año; pero debe tenerse en cuenta la influencia que ejerce en ellos su paso pbr canales muy profundos y su participacion en la temperatura de la lluvia que los alimenta. La terr.:.peratura de los manantiales pasa á veces de la media del aire, en particular en latitudes elevadas, cuya diferencia pueéle alcanzar de 3 á 4 grados, ó por lo contrario, es más baja que la media del aire, como lo comprobaron Buch y Humboldt en el ecuador. . Explica Buch estos resultados, observando que la temperatura de los manantiales es más alta que la media del aire en las comarcas en donde llueve con más abundancia en verano que en invierno, como en Suecia y en Alemania, mientras que se verifica lo contrario en las que reciben más lluvia en invierno que

en verano, como sucede en Italia y en Noruega. Se ve, pues, que no es conveniente adoptar la temperatura de los manantiales , como media de un lugar. Las observaciones practicadas en los pozos, en los cuales per~ manece el agua el tiempo suficiente para dividir la temperntura del suelo, dan resultado~ más seguros que los anteriores. Temperatura del mar.-Para conocer la temperatura del mar á varias profundid_¡:¡des, se emplean termómetros de máxima ó de mínima d~ Walferdin, ó el termómetro sumergt'do de Bunten, compuesto de un termómetro ordinario c.o ntenido en un gran tubo de vidrio, provisto de una válvula inferior, pon medio de la cual se introduce el agua, permaneciendo ésta alrededor del termómetro al sacarle del mar. Pesan empleaba un simple termómetro cubierto con sustancias mal conductora:. Cuando se trate de grandes profundidades, debe tenerse en cuenta la presion, para que no se produzcan falsas indicaciones. El aparato se preserva con un tubo herméticamente cerrado ó bien se hace una correccion. Despretz propone dejar abierto el termómetro. Temperatura de la superficie del mar.'Ya hemos dicho antes que la superficie del mar se calienta mucho menos que la del suelo, ya porque los rayos solares penetran á una gran profundidad, ya á causa de la agitacion continua de las aguas, que mezcla las capas superficiales con las de abajo, ó ya tambien á causa de la gran capacidad calorífica del agua. El enfriamiento es tambien muy lento por las mismas razones y, además, porque las partes enfriadas bajan y se sustituyen por las capas más calientes. La temperatura del mar sólo experimenta, pues, insignificantes variaciones diurnas. El aire que cubre el mar tiende á dividir la terpperatura, por lo que experimenta variaciones periódicas de poca extension, lo cual esplica la constancia de los climas marinos . En plena mar, las variaciones diurnas no pasan nunca de I ~ 2 grados en la zona tórrida y de 2 á 3 grados en las zonas templadas. La mínima tiene lugar á la salida del sol, como en los continentes, y la máxima hácia el mediodía y no á las dos. Por lo demás, se comprende que el aire no

FÍSICA INDUSTRIAL

pueda tomar exactamente la temperatura de la superficie del mar. Segun Duperrey, entre los trópicos la temperatura media del aire es ordinariamente algo superior que la de la superficie del agua, cuya máxima es, sin embargo, un poco más alta que la del aire. A partir de la latitud de 25 grados, es á menudo más caliente el agua que el aire, cuyo resultado, tanto más constante cuanto más se aproxima al polo, apenas se modifica en los mares glaciales, en donde el aire es mucll.o más frio que el agua. En general, la temperatura de la superficie del mar baja cuanto más se aleja del ecuador. Entre los trópicos no pasa de 30 grados, y baja apenas debajo de 20 á 25°, siendo sensiblemente constante .hasta el grado 27 de lat~tud. En los mares polares, esta temperatura es rara vez superior á o grados, ni aun en verano. Hácia el grado 50, el mar se hiela algun· tanto en las costas, y á los 80 grados se encuentran los hielos permanentes. Temperatura del mar á varias profundidades.-I-Iemos dicho ya que la temperatura del fondo de los mares debia encontrarse á + 4 grados, á causa de la máxima densidad; mas este máximo es -3 '7 grados para el agua del mar y debajo del punto de congelacion; además, las corrientes no permiten que se establezca equilibrio. Sin embargo, las observaciones demuestran completamente la falsedad de esta suposicion. Entre los trópicos va disminuyend.o la temperatura del mar muy rápidamente al principio, luego lentamente hasta la profundidad de 1 ,ooo brazas de I 1 62 metros. A esta profundidad, halla Sabine 7 grados, encontrándose á 28'3 grados la de la superficie. La temperatura más baja observada es de 2 1 2 grados. Al pasar de los 25 grados de latitud no es tan pronunciado el decrecimiento, transformándose en un aumento de temperatura, del grado 65 al grado 70; de lo cual se deduce que existe una zona en la cual es sensiblemente constante la temperatura á grandes profundidades. El aumento de temperatura con la profundidad se comprobó, despues del invierno, en la bahía de Baffin y en Spitzberg. La temperatura era de - I grado á - 2 grados en la superficie y de 2 á 3 grados á una profundidad de 1,134 metros.

El aumento de temperatura con la proiundidad en las altas latitudes no siempre tiene lugar. Segun Martins sólo se nota en invierno, cuando el aire está bajo cero y está enfriada la superficie del mar por los hielos. Observando durante el verano se ha notado una baja de temperatura á medida que se bajaba al fondo del mar, como lo confirman Bravais, Parryy·scoresbe y. . Carpenter estudió especialmente este fenómeno, cuya ley representa por medio de curvas cuyas ordenadas negativas representan las profundidades, y las abdsas las temperaturas. En el Océano Atlántico y el mar de la China, que son mares abiertos, baja al principio muy lentamente la temparatura, hasta 2,000 y 1 ,ooo metros, para permanecer luego casi constante á 2 ó á 2 1 7 grados. En el Mediterráneo disminuye apenas la temperatura hasta 150 metros, baja luego rápidamente de 28 á 16 grados y permanece constante á 12'7 grados, á partir de 300 metros. Influencia de las corrientes.-La temperatura de los mares no depende tan sólo de la accion solar, sí que tambien de otras varias causas, principalmente de las corrientes, de los grandes fondos y de la proximidad de ciertas costas. Las corrientes marinas han sido estudiadas principalmente por Romme, Duperrey, Rennel y Maury, que h_a trazado itinerarios tales que han disminuido de casi la mitad la duracion de ciertos trayectos. Citaremos la corriente ecuatorial que parte del cabo de Buena Esperanza, desde donde se va ensanchando hasta el cabo de San Roque. Humboldt encuentra en ella una temperatura de 22'5 grados, mientras que contiguo á ella halla sólo 17'5 grados. En el cabo de San Roque se divide en dos esta corriente, conocida la una con el nombre de gult-stream ó corriente del golfo, que se dirige hácia el norte con una velocidad de unos 7 kilómetros por hora, se introduce en el golfo de Méjico, atraviesa el canal de Bahama, en donde su temperatura es de 27 grados, sigue á lo largo del banco de Terranova y va á parar á las costas occidentales de Inglaterra y de Noruega á donde conduce los restos vegetales arrastrados por los ríos americanos. A la latitud de 49 grados, forma un brazo que baja á lo largo de las cos-

CLIMA TOLOGIA

tas occidentales de Europa y de Africa, .para volver á la gran corriente de los trópicos, recorriendo así un inmenso circuíto en unos tres años y medio aprox imadamente. El brazo que del cabo de San Roque se dirige hácia el sud, forma una corriente de agua caliente no tan abundante, de mucho, como la corriente del norte. El punto de separacion se encuentra á -s ó 6 grados al sud del ecuador. Babinet cree ,,. ver eri esta circunstancia que se reproduce en el gran Océano, la esplicacion dte que el hemisferio austral es más frio que el bore~l. Describió Humboldt en 1802 una corriente de agua fria que parte de los mares australes y sigue á lo ]argo de las costas de Chile y del Perú, en donde enfría el clima. El termómetro sólo marca 15'6 grados en ciertas estaciones, mientras que sube á 27 ó 28 grados en las aguas contiguas que se hallan en reposo. Esta corriente se pasea con la inmensa corriente del Océano Pacífico, y se desvia bruscamente hácia el oeste á lo largo del istmo de Panamá. Repelida por las islas de la Oceanía y las costas occidentales de la India, se dirige en parte hácia el norte, siguiendo las costas de la China y el Japon. Otro brazo pasa entre la Nueva Guinea y la Australia, entra luego en Borneo y Sumatra, vuelve hácia el este y vuelve á bajar á lo largo de la costa occidental de América. Las aguas de la parte norte del mar de las Indias, no cambian de sitio por no tener salida y por esto se calientan considerablemente, lo cual esplica la gran temperatura del verano que hace el clima de las Indias tan mortífero para los europeos. Tambien se supone la existencia de contracorrientes producidas en el fondo de los mares muy profundos que conducen al ecuador las aguas enfriadas de las regiones polares. Practicando Carpenter secciones perpendiculares á la direccion de la corriente del golfo, halló que lejos de ser las curvas isotermas paralelas á la superficie, siguen la forma del fondo del mar. El obj.eto de estas corrientes consiste en mezclar las aguas de los distintos mares, y regularizar así la distribucion del calor en el globo. En cuanto á la profundidad á que se dejan sentir las corriei~tes superficia:. les, se ignora todavía, sólo sí se sabe que debe ser muy considera ble,. pues en la costa merirís1cA lND.

dional de Africa existe una corriente que se refleja al banco de Lagullas, á una profundidad de 110 á 130 metros. Para explicar esta inmensa circulacion de las agl!aS del mar, se ha supuesto la accion de los vientos alisios que soplan á lo largo del ecuador del este al oeste; pero Pouillet, Maury y Carpenter, ven en ello un efecto del calor solar que, elevando por dilatacion las aguas próximas al ecuaq.9r, las obliga á pasar á los mares que las rodean. Precisamente en los inmensos espacios circuidos por las corrientes, en donde se encuentran las aguas en reposo, es en donde se encuentran los mares de Sarífasse, grandes depó~jtos de vegetales flotantes que se desarrollan sin tocar al fondo. Influencia de los altos fondos y de las costas. -El agua es más fria sobre los grandes fondos que en plena mar, cuyo fenómeno explica Davy diciendo que, durante la noche, las moléculas de agua enfriadas por radiacion bajan al fondo, y, en los sitios poco profundos., se acumulan cerca de la superficie y ejercen una influencia sensible en su temperatura. Humboldt y Sagey creen que, obedeciendo las capas inferiores y más frias al movimiento general de los mares, van subiendo por las pendientes y llegan á los altos fondos, bajando la temperatura en ellos. Estas capas están sobrepuestas sin ser paralelas y van cambiando progresivamente, adelgazándose al llegar á un promontorio, en cuyo punto decrece entonces la temperatura más rápidamente alba- • jar, que en los puntos profundos en los cuales tienen mayor espesor las capas. Este fenómeno no puede aplicarse á los mares polares, en los cuales puede aumentar la temperatura con la profundidad, por lo mismo debe adoptarse preferentemente la explicacion de Davy. De todos modos, el fenómeno de que se trata permite sustituir el termómetro á la sonda, para conocer la presion de los altos fondos en los puntos en . donde no existan corrientes pronunciadas. Tambien se modifica la temperatura del mar por la proximidad de las tierras . A lo largo de las costas de Noruega parece ser algo caliente el agua. El Mediterráneo, -porestar rodeado de tierras, es más caliente que el Océano. En los mares polares, la proximidad de l,as costas es una causa de enfriamiento. En bs costas de T.

Il.-99

786

FÍSICA INDUSTRIAL

Spitzberg la temperatura es de 1'7 grados á una distancia inferior á 40 kilómetros; de 2'66 grado~, entre 40 y 60 kilómetros; y de 3'75 grados, entre 60 y 80 kilómetros. Martins atribuye este resultado: r.º al aire, que, enfriado al contacto con las montañas n'evadas de la isla, resbala por las pendientes .hasta e_l mar; 2.º particularmente al agua á cero g1~ados procedente de la fusion de las nieves que ocupan los valles de Spitzberg. La cantidad de esta agua de fusion es bastante considerable para disminuir la densidad de la superficie de los mares árticos al existir bloques flotantes en ellos, como demuestra Marcet comparando los resultados obtenidos por Ross y Franklin con eÍ agua del mar á varias profundidl{des. Por ejemplo, siendo 1'027 la densidad á 427 metros de profundidad, se encuentra igual á I ,026 á 144 metros, mientras que solo era de 1,025 á 1,024 en la superficie. El enfriamiento del mar alrededor de Spitzberg explica la existencia del banco de hielo que le rodea durante el invierno y que se extiende progresivamente á partir de las costas. Hielos polp,res.-Los hielos polares~se h&.n estudiado en los mares árticos principalmente, creyéndose durante mucho tiempo que se formaban siempre alrededor de las costas. Ciertamente que casi siempre es así, viéndose grandes masas de hielo en las bahías profundas de Spitzberg y entre las islas, cuyas masas se separan impelidas por las corrientes , formadas por la nieve derritida. Sin embargo, no puede explicarse así la inmensa cantidad de hielo que cubre los mares árticos; tanto que Scoresby ha observado la formacion de hielo en plena mar, á 20 leguas de las costas'. Al principio se cubre la superficie de una multitud de pequeños cristales que le dan el aspecto de una mezcla de agufl y nieve, ·que se va espesando, se rompen los cristales, van engrosando y acaban por soldarse unos á otros. Si el mar está tranquilo, la congelacion es más rápida y entonces el hielo puede alcanzar un espesor de 6 á 8 centímetros en 24 horas. Va aumentando paulatinamente por encima y forma un banco de ht'elo susceptible de alcanzar algunos cientos de leguas de extension. La superficie se presenta á veces unida ó ya irregular formando promontorios de distancia en distancia, llamad0s hummock,

de 8 y 10 metros de altura, muy brillantes y con un tinte verde ó azul muy delicado, presentando escavaciones interiores en las cuales se refleja la luz. Scoresby supone que los bancos de hielo de los mares árticos se forman entre Spitzberg y el polo; pueden alcanzar un espesor de 8 metros, de los cuales la parte sumergida es igual á unas cuatro veces la que sobresale de la superficie del agua. Muchas veces las olas los rompen, sea cual fuere su grueso, en fragmentos de roo á 200 metros cuadrados, los cuales, si estan separados par~ dar paso á una embarcacion, se dice que el mar está abierto. Los bancos de hielo son impelidos hácia el mar libre por los vientos del norte y del oeste; forman los hielos flotantes que recorren á veces cincuenta leguas en un mes y sobre ellos viajan, si así puede decirse, los osos blancos. Sucede á veces que impelidos estos bloques por corrientes contrarias, chocan y se rompen produciendo un ruido espantoso; entonces unas masas de hielo siguen flotando, otras suben, otras se hunden y se sobreponen unas á otras, formándose así mof).tículos de ro y hasta de 15 metros de altura. Las montaiias de hielo proceden de masas gigantescas que cierran el fondo de numerosas bahías más ó menos profundas, particularmente en las costas de Groenlandia. Estas masas se prolongan, en cantidades inmensas, en los valles que van á parar al mar, borran- do al propio tiempo las desigualdades del terr~no. Ordinariamente su color es v·e rdoso, que contrasta notablemente con la blancura de la nieve que las cubre. De cuando en cuando se desprenden bloques enormes, ya por efecto de su propio peso, debido á la accion , de las corrientes del sud, ó ya por la expansion del agua que se congela en sus intersticios. Las más altas montañas de hielo se encuentran en la bahía de Baffin. Scoresby las ha observado en el estrecho de Davis, en una extension de ro á 12. kilómetros cuadrados y cuya superficie plana superior se elevaba de 25 á 30 metros sobre el agua y la parte sumergida llegaba á 170 y 180 metros de p·r ofundidad. Estas imponentes masas están coronadas por torres colosales, cuyo peso al-

CLIMATOLOGIA

canza sin duda más de 2 millones de toneladas. Scoresby supone que se forman y van creciendo en ciertas bahías preservadas de los vientos y de las corrientes, en donde se conservan durante una série de inviernos. Las montañas de hielo se convierten en muy frágiles al elevarse la temperatura del aire sobre cero; tanto, que se ha visto como se hendian de arriba abajo con solo un golpe de hacha. Si por desgracia algun buque se encuentra próximo á ellas cuando por cualquier causa este mismo accidente se verifica, no hay duda que le aplastan ó le sumergen, por el gran movimiento de las aguas consiguiente á la catástrofe. TEMPERATURA DE LOS LAGOS Y DE LOS RIOS.-

El calentamiento que experimenta la superficie de los lagos de agua dulce se verifica exactamente como en el mar; solo que, como las aguas no están agitadas y no existen corrientes que las mezclen, las variaciones anuales son más pronunciadas que en el mar. Así, la superficie se puede congelar en invierno y alcanzar 25 grados en verano. En los lagos profundos, á cierta · profundidad, el agua se mantiene á 4 grad0s en todas las estaciones, á causa del máximo de densidad del agua dulce á 4 grados . A partir de este punto, la temperatura sube ó baja á medida que se aproxima ·á la superficie. De esto resulta que la superficie de un lago no puede congelarse más que despues que su masa ha pasado por la temperatura de 4 grados, á menos que el frío sea muy repentino y riguroso, que entonces el equilibrio de las capas se establece con mucha lentitud. En los ríos, el movimiento del agua, y los remolinos resultantes de las desigualdades del fondo y de las orillas, tiende á uniformar la temperatura. Esta-temperatura cambiaria poco durante el año, si la baja de nivel que experimentan en verano no descubriese parte del fondo y no dejase una débil capa de agua en las demás partes. Durante el invierno la wngelacion no puede verificarse antes de que toda la masa haya bajado á cero, excepto en las cavidades profundas, en .donde se estanca el agua y permanece á 4 grados. TÉMPANOS DE HIELO. - Los témpanos que arrastran los rios durante el invierno provienen del hielo formado en la superficie y en

los bordes, que se rompe accidentalmente ó á causa de una baja de nivel. Mas como esto no puede ex plicar la cantidad inmensa de hielo que arrastran ciertos rios, parece comprobado que la mayor parte nace del fondo del agua. Plot fué el primero que emitió esta opinion apoyándose en las observaciones de los bateleros de la provincia de Oxford. Hales dice que, por medio de ganchos se sacaron del Sena grandes témpanos situados en el fondo. Nollet dice que los témpanos están compuestos de dos capas : compacta la una, situada encima, y esponjosa la otra, irregular y mezclada con casquijos y varios restos del fondo del rio . Desmarest y Branus, observaron como en el fondo de un canal se iban formando los témpanos y despues de haber permanecido algun tiempo allí, subían á la superficie. Dicen tarribien que un ponton que se encontraba sumergido en el fondo del Leck y que no habia sido posible ponerle á flote, vieron como subió á la superficie á causa de un enorme témpano que se había formado debajo de él. De estas observaciones resulta que los témpanos se forman y crecen en el fondo de los ríos, cuyo fenómeno se explica del modo si- · guiente. Durante los frios mtensos , el agua se halla bajo cero y, á causa de los movimientos de todas sus partes, adquiere el fondo la misma temperatura; sin emoargo, por la agitacion continua no se verifica congelacion más que en el agua situada en las cavidades del fondo, entre los casquijos y restos que se encuentran en él, en cuyos puntos se encuentra en reposo. Las primeras partículas de hielo que se forman, sirven de base para que . la congelacion continue á su alrededor, haciendo subir con ello el nivel del rio, de tal modo, que á veces le desbordan. Retenidos al principio los témpanos al fondo ya por los cuerpos fijos que en él se encuentran, ya por el peso del casquijo que retienen, suben á la superficie al ser suficientemente grande su volúmen para que el empuje del líquido pueda levantarles, cuyo resultado favorece cualquier cambio de temperatura, por templado que sea, determinándose con ello un principio de fusion que destruye la adherencia del fondo ó á los casquijos adheridos. En efecto, en el Sena y en el Mame se ha observad·o que

FÍSICA INDUSTRIAL

son más numerosos los témpanos cuando el ,sol consigue calentar el agua. En el fondo de las aguas estancadas no se ha observado que se formasen nunca témpanos, debido á que la temperatura del fondo se mantiene á 4 grados; así, el hielo se formará en la superficie; aumentando de espesor por debajo, cede su calórico latente á las capas que cubre, impidiéndoles enfriarse. El hielo no se forma indistintamente en todos los cuerpos. El cáñamo, la larta ," los metales, los cuerpos rugosos, se cubren rápidamente de él. Las resinas, la seda, el cuero, no permiten la formacion del hielo, debiéndose observar que estos últimos cuerpos son malos conductores del calórico.

Los témpanos flotantes se van redondeando al chocar unos con otros. Durante los frios intensos se sueldan unos con otros, formando como' una costra que cubre los rios. Ento11C"es aumenta esta capa de espesor por debajo, rápidamente al principio y lentamente despues á causa de su imperfecta conductibilidad. Las capas de hielo formadas durante las noches sucesivas se distinguen perfectamente unas de otras, de su~te que se las puede contar. Al alcanzar el hielo un espesor de 50 centímetros, ya puede soportar el peso-de los vehículos cargados, mientras forme una capa continua y se apoyen bien en el agua todos los puntos de su superficie inferior, como hemos demostrado anteriormente.

CAPÍTULO II Fen6menos barométricos.

NSTRUMENTOS Y APARATOS DE OBSERVACION.- Variaciones del ba-

rómetro. - Si la atmósfera estu, viese en equilibrio en todas partes, no experimentaría ninguna variacion el barómetro é indicaria la-misma presion en todos los puntosdeigual latitud; mas como la atmósfera no está en reposo nunca, forma como un vasto océanocontinuo,agitado sh cesar por movimientos debidos ácondensaciones locales de vapor y á dilataciones iguales procedentes de la irregular distribucion del calórico solar, combinado, en ciertos caso., con el movimiento de rotacion del globo. Cualquier perturbacion que se produzca en un punto se repercute á lo lejos, despues de propagarse más ó menos rápidamente; y, cuando el barómetro sube, en algun puntos, baja en otras regiones, situadas á veces, en continentes distintos. La altura del mercurio en el tubo, no siempre representa el peso de la columna de aire superior, por no encontrarse nunca la atmósfera en reposo . Los cambios de lugar que experimentan las masas de aii:e, que impelen la capa en la cual está situado ·el instrumento, ó que arrastran- está capa produciendo como una especie de aspiracion, pueden determinar

un estado de presion poco estable que no concuerde con las presiones superiores y laterales. Estos movimientos indican una tendencia hácia un estado de equilibrio que jamás se alcanza por no cesar l¡;¡.s múltiples causas de perturbacion. Así, el barómetro traducirá fielmente estas fluctuaciones; · de suerte que, no tan solo, da á conocer como en el termómetro, el estado del aire en el punto en don<le está situado, si que tambien indicará el de la • atmósfera en una extension considerable, ya e_n altura ya en extension. Este es el motivo porque el barómetro se considera como el instrumento fundamental de la organizacion metereológica, siendo al propio tiempo el más fácil de instalar. Barómetros de observacion.-En los observatorios se emplea comunmente el barómetro fijo de Regnault, acompañado de su catetómetro. '._ Tambien se emplea el de Fortín, de tubo suficiente.mente grande para destruir cuanto se pueda el efecto capilar. Se le cuelga en una tableta vertical provista de un anillo metálico, en el cual está fija la cubeta con tres tornillos de presion, que así son más cómodas las observaciones. Entre el tubo y la tablilla se coloca un pequeño espejo que refleja la luz á través de la doble hendidura permitiendo apreciar el nivel,y así es más fácil la anotacion.

FÍSICA INDUSTRIAL

Masson indiéa un medio de ob.servacion muy exacto, empleando la electricidad. Un alambre de platino fijo sólidamente. en el vidrio, penetra verticalmente en la cámara barom~trica, y un tornillo microniétrico atraviesa la tapa de la cub€ta. Por medio del catetómetro se determina exactamente la distancia del extremo del alambre de platino á la punta de este tornillo colocado en posicion conocida. El alambre y el tornillo comunicará con )os dos polos de una pila, en cuyo circuito se encuentra un timbre de alarma Miraud, que ya describiremos, el cual se mueve mientras está cerrado el circuito. Para practicar una observacion, estando su-· ri1ergido el tornillo eri el mercurio, se sube el fondo de la cubeta h?-sta que, subiendo el mercurio por el tubo, toque la punta del alambre de platino, con lo cual se cierra el circuito y suena el timbre. Entonces se afloJa el tornillo hasta que pierda el contacto con la superficie del mercurio, lo cual indica el silencio del timbre. Como la cabeza del tornillo lleva cien divisiones y el paso de rosca es de un milímetro, se evalua con esto la altura de la co' lumna barométrica con una aproximacion de un milímetro. Barómetro de mdximay mínima.-Varios son los barómetros de esta clase que se han propuesto. El de Decharmes consiste en un barómetro de sifon, cuyo brazo menor está inclinado de modo que pueda retener un índice de hierro que indique el mínimo de presion. El máximo se obtiene del mismo modo, en la parte superior del brazo mayor, que está acodado debajo del nivelé inclinado paralelamente al más corto; el índice situado en la cámara vacía permanece en el punto más alto á que se le ha impelido. Los barómetros-registros sustituyen perfectamente bien á estos instrumentos, particularmente cuando haya mu, chas máximas y mínimas á considerar durante el mismo día. · Barometrógrafos.-Estos aparatos, que por sí mismos registran las alturas sucesivas de la columna del barómetro, son de varias clases. Citare&fos en primer lugar el registro foto1-gráfico de Ronald (fig. 5), que se aplica muy bien al barómetro. La fiir 17 representa el barometrógrafo de índice de Hardy, construido y perfeccionado

en vista de un aparato análogo del Observatorio de Utrecht. En un barómetro de sifon a b n hay un flotador n, que va siguiendo los movimientos del nivel del mercurio y los trasmite á una regla muy delgada l l por medio de un cordon que pasa por una polea muy sensible p. La regla resbala libremente entre dos guias, y en su parte posterior lleva un lapicero cuya punta se encuentra muy cerca de un gran cilindro vertical e e, que gira con la mayor regularidad sobre su eje, debido á un sistema de relojería, y al cual se aplica una hoja de papel. A cada media hora, el reloj hace dar un golpe al martillo o r sobre la regla l l. Por ser ésta flexible, la punta del lápiz marca sobre el cilindro un punto, cuya posicion indica. la altura del propio lápiz y, por consiguiente, la del nivel n. En el aparato construido por Hardy el reloj se mueve por medio de una corriente eléctrica; por lo mismo, es la electricidad la que produce el golpeteo del martillo á los intervalos que se quiera. En la hoja de papel que cubre el cilindro está trazada una línea horizontal, dividida en partes iguales, que indica las horas. El papel se coloca de modo que esta línea esté á la altura á que se encuentra el lápiz para una presion conocida, por ejemplo, la media del lugar. La diferencia entre esta presion y la señalada -por el lápiz se conoce por la distancia del punto marcado á la línea horizontal. Uniendo todos los puntos marcados se obtiene la marcha del barómetro durante veinticuatro horas. Barómetro de balan1a.-Si se desea conocer los movimientos del barómetro de uil modo conti¡;¡_uo, para vencer el roce del lápiz, se le debe aplicar una fuerza mayor que la de un simple flotador, lo cual se consigue con el barómetro-balan1a llamado tambien barómetro €-stático, imaginado por Morland. Este aparato consiste en un barómetro de cubeta fijo m (fig. 18), cuyo tubo v m ·está suspendido en a á una balanza boa, equilibrado con un contrapeso Q, de suerte que esta balanza sea horizontal al ser la presion atmosférica H 760 milímetros. La carga que se aplica á a es igual: 1.º al peso p del tuba y de sus piezas de suspension; 2. º á la componente vertical _ de la presion atmosférica que obra en ven una extension correspondiente á la seccion interior s df;)l tubo L;

791-

FENÓMENOS BAROMÉTRICOS

esta componente es igual á la columna de mercurio s H o, en la cual s es la seccion interior del tubo L, y 6 la densidad del mercurio. Añadiendo á esto el peso del mercurio situado en la parte ancha, alrededor de la prolongacion de la columna a m de seccion s, que apoya en a, a, se obtendrá el pesó total M, del mercurio que contiene el tubo, de n á m; 3. º de p t M debe restarse el empuje h e o del mercurio de la cubeta sobre la superficie anular e del extremo inferior del tubo, introducido en cantidad h debajo del nivel m; 4. tambien debe restarse el empuje del volumen v a a m del aire desalojado por el tubo, puesto que la presion de la atmósfera en ves menor que su presionen m, del peso de una _columna de aire s. v m, y las componentes verticales de abajo y de arriba en a, a son mayores que las componentes de arriba y de abajo en las partes correspondientes de la bóveda v, del peso de un volumen de aire cuya altura es la longitud de la parte ancha del tubo y la base la seccion del espacio anular alrededor de la columna L prolongada. Sea A este empuje del aire, S la seccion recta interior de la parte ancha, y pongamos: 0

S-s =o

n m

na= l,

la carga soportada por el punto a será: (1)

= p + (H s +lo -

he) 6 - A.

Si la presion atmosférica aumenta, cesará el equilibrio y el tubo se introducirá en la cubeta, cuyos cambios de nivel podremos despreciar. Pero, si el empuje ejercido sobre el extremo e del tubo aumenta, se restablecerá el equilibrio, siempre que Ja relacion entre las superficies o y e sea conveniente. Para hallar la cantidad á que se introducirá el tubo, sean l', L', h', en que se convierten los valores Z, L, h cuando la presion es H'. La carga en a será: P'

= p + (H' s t

l' o - h' e) o- A.

Restando de este valor P' el valor (1) de la carga P, se tendrá, para el aumento (2) P'-P=o [s (H' -H)

+ o (l'-l)-(h'-h) e]

suponiendo que se desprecien los cambios de valor de A. ComoH=l + L y H' l' +L', resulta:

H' -H=l' - Z-(L-L')= l'-l-(h'-h, así, pues, el -punto a bajará tanto como el extremo e del tubo. De esto se deduce: l'-l=H' -H+h'-h. de

Sustituyendo en la ecuacion (2) este valor· t - l, se tendrá:

P' -P= 0 [(H'-H)ls+a)+(h'-h) (o-e)]. Supongamos que el eje de apoyo de la balan§a pase por su centro de gravedad, que es lo que se verifica en el aparato de Morland; en este caso, para que exista equilibrio, esta diferencia deberá -ser nula, subsistiendo el mismo contrapeso Q. Igualando, pues, el valor de P - P' á cero, se deduce la ecuacion h' _ h = (I-I' -H) (s+o) =(H' _ H)_S_ e-o e-o observando que s + o no es más que la seccion interior S de la parte l del tubo. Se ve con esto que h' - h, es decir, la cantidad á que se introduce el tubo, es proporcional al aumento H' - H de la (Dresion. Se ve igualmente que es proporcional á la seccion S, y tanto más cuanto menos difieran entre sí las superficies anulares o y e. Al ser estas iguales, se tiene h'- h oo, es decir, que el tubo tiende á. introducirse indefinidamente y, en realidad, bajará hasta el fondo de la cubeta ó hasta que el mercurio llegue á v. Se observa igualmente que la superficie anular e debe ser mayor que o para que h' - h sea positiva, por cuyo motivo, para que esta condicion se cumpla, se cubre ordinariamente la parte inferior del tubo con un manguito de hierro que pase del nivel m, con lo cual se aumenta la superficie e. Si el diámetro del tubo fuese igual en todos sus puntos, se debería hacer a=cero. Si el eje de apoyo de la balanza está situado más arriba del centro de gravedad, como en las balanzas ordinarias, la diferencia P' - P ya no será nula para el equilibrio, sinó igual

á ~ tang. 'ltr

en donde R es la longitud del

brazo de balanza, 11: su peso y r la distancia de su centro de gravedad al eje de apoyo. Para conocer los movimientos del tubo v m, se coloca en la balanza una larga aguja ó fiel

79 2 O

FÍSICA INDUSTRIAL

f, articulada en el punto / con una ·r egla al nivel del mar varia .segun la latitud, au-

f d en cuyo centro se coloca un lápiz c que apoya en una hoja de papel aplicada á un cilindro horizontal movido por un mecanismo de r elojería. La palanca o d, articulada en o y en d obliga al centro c á que d_e scriba una línea sensiblemente recta, como en el paralelógramo de Watt, mientras el punto / describe un arco de círculo.

mep.tando regularmente del ecuador al grado 38 de latitud norte, y disminuye luego para las latitudes más elevadas. Hé aquí alg unos resultados de la influencia de la variacion de la g ~avedad con la latitud.

LUGARES

Resultados de las observaciones barométricas.

Medias barométricas.-Variando continuamente la altura barométrica en un mismo lugar, se han buscado las medias diurnas, m ensualés y anuales, siguiendo para ello la misma marcha que para las temperaturas. Re solviendo luego la suma de las medias anuales observadas durante un suficiente número de años y dividiendo por este número, se obtiene la altu.ra m edia barométrica del lugar de las observaciones. Tam bien puede tomarse la altura m áxima y la altura m ínima de cada dia y buscar los valores medios de estas alturas durante algunos años. En París; la m áxima se manifiesta á las nueve de la mañana y la m ínima á las . tres de la tarde y la media de las máximas y mínimas medias coincide con la media del lugar. Por último, una sola observacion que se haga diariamente entre el mediodía y la una, podría dar tambien esta media, corno resulta de las observaciones de Bouvard. La hora exacta á que.debe observarse depende de la latitud del lugar. En París es á las 12 y media del dia y á la una en los trópicos. El momento cambia tambien segun las estaciones. Todas las alturas deben partir del cero. Viard propone que, en vez de hacer la correccion para cada observacion en particular, se haga en la media, tomando como temperatura la media de las temperaturas dadas por el termómetro de columna de mercurio; cuyo resultado es ordinariamente el •mismo . Este método es tanto más seguro si se instala el barómetro en una cámara cuya· temperatura sea á poca diferencia constante. Alturas al nivel del mar.-La altura media del barómetro al nivel del mar es, en Francia de 761 milímetros. En París es solamente de 756, á causa de su altura . Influencia de la latitud.-La altura media

LATITUD

Altura del barómetro al

OBSERVADORES

nivel del mar

Ch risliam borg . Macao . P aler mo . Pa rís. Christia ni a. Spitzberg .

5º 30' N . 756mm, 16 Publmanet et WahlsRlchenet. - (trand. 761, 61 23 Cacciato re. 38 762, 4~ Co uva rd. 761,6 49 Es ma rk. 759,63 59° 55 '. Scor esby . 758 ,48 75 ° 3°

Alturas medias mensuales.-La altura media varia segun la estacion. Si se toma la media de los meses de enero de varios años consecutivos, la de los meses de febrero, mar1o, ... ·etc., se encuentra que esta media disminuye generalmente del invierno al verano y aumenta luego hasta el invierno. Las diferencias son más pronunciadas en las bajas latitudes, á lo menos en el hemisferio norte, corno lo demuestra claramente el método gráfico. En la fig. 19, las abcisas representan los meses, y , las ordenadas, las alturas medias barométricas correspondientes. C representa la altura media de Calcuta; H, la del Havre; P, la de París; S, la de San Petersburgo. Las diferencias de las ordenadas represe!}tan, en grandor real, las diferencias de las alturas medias; los puntos de partida de cada curva son arbitrarios. Se ve, con ello, que en Calcuta y en el Havre, que tienen la misma latitud, las diferencias entre las medias men- •. suales no son iguales; son mucho más acentuadas en la India que en América. Variaciones accidentales.-Para comparar las alturas medias barométricas de los dias sucesivos por el método gráfico, se cuentan los días sobre una rectª- horizontal, que cor responda á la media anual y se toman encima y . debajo de ella las diferencias entre esta media anual y la del dia que se considera. Influencia de lás estaciones,-:-La amplitud de las variaciones accidentales es mayor en

FENÓMENOS BAROMÉTRICOS

invierno que en verano. La fig. 20 representa segun Ramond, ·las alturas medias de los· dias sucesivos durante los meses de agosto y julio y los de dict'embre y enero del año 1806. La curva superior P corresponde á las observaciones hechas en París, y la curva C á las que se hicieron en Clermont. Las distancias de las rectas horizontales 1:epresentan dos líneas del antíguo pié y las de las rectas verticales 7 ú 8 dias. A primera vista se observa que la amplitud es mucho mayor en invierno que en verano. Se nota tambien que, para una dístancia de 320 kilómetros, existen diferencias muy notables en las alturas medias de los mismos dias. Sin embargo, estas curvas P y C se asemejan mucho, lo cual demuestra que los cambios de presion se dejan sentir casi al mismo tiempo en una gran extension del país. Además, se nota que la amplitud es en cada estacion mayor en_París que en Clermont, que está más elevado sobre el nivel del mar. La mayor altura observada en 'París ha sido de · 78J milímetros y la m~mor de 7·r9, en 182r. La superficie del cuerpo de un hombre soporta, para el caso de la menor presion, r ,ooo kilos aproximadamente de menos, que · bajo la presion media. Cuando el barómetro está bajo, se experimenta una especie de malestar debido á la expansion de los flúidos interior.es, representándose en lenguage vulgar diciendo que el tiempo es pesado. Relacion que guarda la altura barométrica con la latitud. - La amplitud de las variaciones accidentales aumenta notablemente con la latitud. Cuando en el ecuador es sólo de 6 milímetros, sube á 30 milímetros en el trópico de Cancer, á 40 milímetros en Francia,y á 60 mílímetros á 65 grados d~ latitud. La di~ ferencia de amplitud, de una estacion á otra, . es tanto más acentuada cuanto más se aproxima al polo. El barómetro baja tambien de la media más que no sube sobre ella, como se ve en la figura 20. En nuestros climas, la relacion entre las distancias en ambos sentidos es á poca diferencia de 5 : 3. Líneas isobáricas. -Kaemtz llama así á las líneas que se trazan en la superficie del globo, que pasan por los lugares en los cuales la altura media de las amplitudes diurnas observadas durante todo el año es la misma. Estas FÍSICA lND.

793 líneas, que se presentan bastante irregulares, siguen · la direccion de las paralelas geográficas, y corresponden á amplitudes tanto mayores cuanto más se a van za hácia el norte, aparentando juntarse lateralmente y afectar la forn.rn de un 8, para acabar por formar dos sistemas separados; los.centros de estos dos sistemas, ó polos de las osct'laciones irregulares del barómetro, aparecen situados en-los mares que separan los dos continentes. Influencia del viento. - Tomando la media de las alturas al mediodía, soplando el viento en una misma direccion, se observa generalmente en Europa, que el barómetro es muy alto si el viento viene de los puntos situados entre el Norte y el Este, y muy bajo, si viene del ~spacio comprendido e1¡tre el Sud y el Oeste. En esta ley hay algunas anomalías que no se explican, como lo demuestra el que en Viena y en Buda, el barómetro es bajo con los vientos del Este, y en San Petersburgo con los vientos del Noroeste. En otr3:s comarcas, los resultados son distintos: en los Esfados-Unidos, así como tambien en Pekin, el barómetro es más alto s;on . el viento del NO. y más bajo con el SE., con ló cual se ve generalmente, que el barómetro se encuentra en su máximo cuando el viento viene del Norte, ó dei interior de los continen tes, y en su mínimo, cuando sopla del sud ó del mar. Variact'ones horarias. - Tomando las medias alturas correspotidientes á las varias horas del dia, para que desaparezcan las variaciones accidentales, se observa un movimiento regular en la presion atmosférica. En r666, observó Beale que el barómetro está mas alto por la tarde y la mañana que al medio dia. En I 722, un observador holandé·s comprobó dos mínimas y dos máximas diurnas en Surinam; Godin, Bougner y Lacondamine, observaron_esto mismo, y las observacionés diu_rnas y nocturnas de Humboldt, en 1807, demuestran tambien completamente la existencia del período regular barométrico entre los trópicos. Posteriormente Ramond y otros observadores, tomando un gran número de alturas medias, consiguieron distinguir las variaciones regulares, á latitudes más elevadas. La amplitud de las variaciones horarias es T. Il.-IOO

FÍSICA INDUSTRIAL ,, 794 tan solo de algunos milíinetros. En el ecua- 10 minutos en invierno, tiene lugar de las dor, en donde las variaciones accidentales no 7 á las 8 en verano, y la mínima de la tarde perjudican el fenómeno, son tan regulares que se verifica entre las 2 y las 3 durante el que. con la simple lectura de Ja columna ba- invierno, tiene lugar entre las 4 y las 5 erí rométrica pudo Humboldt conocer la hora á verano. Estos movimientos del barómetro no guarun cuarto de error á poca diferencia. En estos climas, la lluvia, el ví¡=mto y las tempestades dan ninguna relacion con las corrientes atno in:flluyen en el barómetro , y si se prescinde mosféricas ó mareas análogas á las del mar, de los efectos de las variaciones horarias, la puesto que dependen de las horas; pero sí esamplitud de los cambiqs accidentales apenas tán evidentemente ligadas al calentamiento desigual del aire durante las varias épocas del pasa de 2 milímetros. Segun Humboldt, en el ecuador, el baró- dia. A mp!itud de las variact'ones horarias. metro presenta dos mínimas y dos máximas an las horas indicadas más abajo, separándose Esta amplitud cambia con la estact'on, la latien la media de las cantidades indicadas en la tud y la altura del lugar, y la direccion del viento. segunda columna: Estaciones.-La mayor amplitud de las va4 1". 13 minutos mañana. -0' 49mm (r.ermínirno) riaciones horarias es mayor hácia los meses +1'46 (1.ermáximo 9 - 23 de junio y julio y la menor en invierno. En - 1'09 (2.º mínimo) tarde 4 8 la fig. 22 están_ representados estos cambios + 0'38 (2.º m áx imo) 10 - 23 segun las observaciones de Kaemtz, por H con La curva O (fig . 21) representa estas varia- relacion á Halle y por M con relacion á Milan. ciones. Las ordenadas son quínt~ ples del Las -ordenadas representan veinte veces su grandor verdadero y sus distancias represen- grandor verdadero, desde luego son muy petan tres horas. La diferencia entre la máxima queñas, y las irregularidades de las curvas dede la mañana y la mínima de la tarde, que muestran que el período de diez años que duson las más prvnunciadas, se denomina gran raron las observaciones, no es suficiente para período, que, en el ecuador es de 2'55 milí- que desaparezcan las anomalías. Latitud.-La amplitud disminuye á medida m@tros. Las variaciones horarias observadas por que se aleja del ecuador, cuyo resultado se ve Humboldt entre los trópicos, alcanzan 2,ooom en la fig. 21, en la cual las curvas O, P, S, de altura; las de Pentland, hasta 4,880 me- presentan estas variaciones en el gran Océatros, en d Potosi, en donde el gran período no, en Padua y en San Petersburgo. A 60 grados de latitud, las variaciones horarias son es de · 1'5Ó milímetros solamente. Las curvas P y S representan las variacio- casi nulas. En la fig. 23 se observa uria curva nes_horarias medias en París y San Peters- que representa la ley del decrecimiento de la burgo. En París, segun las observaciones de amplitud con relacion á la latitud. · -Las ordeBouvard, observad0 el barómetro á las 9 ·de nadas son quíntuples del grandor verdadero. la mañana, á las 3 y á las 9 de la tarde, dió Más allá de 70 grados, se presenta nuevaen milímetros, las medias 756'35; 755 '59; mente el período, pero aquí las mínimas es' por las máxún,as y recípro- . 755 '95. Luego, el gran período es tan solo tán reemplazadas camente. de 0'7b milímetros. Por último, la amplitud de las variaciones En el hemisferio boreal, las p.oras da las horarias disminuye á medida que se sube en máximas y de las mínimas son las mismas, la atmósfera, de lo cual se deduce que á ciersea cual fuere la latitud: 3 horas 45 minutos de la mañana y 4 horas 5 minutos de la tarde ta altura debe ser forzosamente nula; que es para las mínimas; 9 horas 37 minutos de la realmente lo que se verifica en el monte San mañana y 10 horas II minutos de la tarde Bernardo, á 2,491 metros de altura y en el para las máximas. Ramond observa que las Faulhorn, á 2,700 metros, en donde observó estaciones modifican ,estas horas. Así, la má- Kaemtz que las oscilaciones se producian en xima de la rpañana, que tiene lugar á las 9 y sentido inverso de las de la llanura.

CAPÍTULO III Movimientos de la atmósfera y del viento.

L VIENTO .EN GENERAL. -ANEMÓSCOPOS y ANEMÓMETROS. - Del vien~o en general. -El viento no es JJ?.ás que el aire que se transporta de un lugar á otro. El estudio de este meteoro, tiene una gran importancia en climatologia, puesto que la direccion de los vientos dominantes, su frecuencia, su fuerza ó intensidad, su estado de sequedad ó humedad -int1uyen extraordinariamente en la vegetacion. Por ejemplo, en la isla de la Reunion, es tan contrario el viento del sud 1.l arbolado, que no se producen nunca frutos del lado por donde sopla. Argelia está atravesada . por dos corrientes opuestas: la una inferior que viene del norte, de suerte que la parte opuesta de las montañas que reciben su accion, sólo presentan malezas que crecen poco, la otra corriente es superior; viene del desierto é impide que los árboles se eleven más allá de 10 á 12 metros, si no están bien resguardados; así que alcanzan esta altura se aplana la parte superior de su copa extendiéndose en ancho. Los vientos obran tambien transportando á grandes distancias el calor ó el frio de las regiones que atraviesan; templan algunos climas, sanean las ciudades y las comarcas pantanosas; transportan á grandes distancias las semillas

y el polen de las flores, y desgraciadamente tambien toda clase de polvo, una multitud de óvalos de gérmenes de animales microscópicos, y por. lo mismo transportan igualmente á grandes distancias el contagio y las enfermedades. Sin el fenómeno llamado viento no se produciría lluvia en los continentes, corno luego veremos, La navegacion es la más interesada en el estudio de los vientos. Observada su direcoion en todas las partes del mundo, se ha comprobado que siguen una marcha general, al igual que. las corrientes del mar; las fluctuaciones irregulares que comunmente se observan, pueden compararse á los remolinos que se producen en las aguas_. Despues de haber trazado Maury el mapa de las co-rrientes marinas, ~e propuso construir el del aire y, segun las indicaciones que suministra, se puede abreviat considerablemente la duracion de ciertos viajes; por ejemplo, se reduce casi á la mitad el tiempo necesario para ir de los Estados- Unidos al cabo de San Roque, y de un tercio el del mismo país á California. Se dividen los vientos en vientos regulares y vientos irregulares ó accidentales;· considerándose su direccion, su vefocidad de traslacion y s-.is cualidades físicas.

FÍSICA INDUSTRIAL

Direccion del viento. - Los antiguos sólo consideraban cuatro direcciones, correspondientes á los cuatro puntos cardinales. Hoy día se distinguen 32, á cuyo trazado se da el nombre de rosa de los vientos. La fig. 24 représenta la forma que g~neralmente se le da en las brújulas. Cada viento se señala por el punto del horizonte por donde sopla, puntos cuya posicion se indica segun las reglas siguientes: Las direcciones medias en los cuatro puntos cardinales, se designan reuniendo los dos 1

NORTE, n-.;ne, ESTE,

OESTE,

}'l (J - · JZ

e- se 4

SUD,

N. NE,

E. SE,

s-.;so,

s. so,

o-:;"º)

Hé aquí el cuadro, de los 32 vientos.

NE,

ne-:¡e, se-s 4 J

so ,

so-o

so-s, 4

110 -0, 4

• ' 4

e-.;ne, I

S. SE ,

s-.;se, l

o. so, o-;so,

NO , no -11,

Cada intervalo se llama un rumbo. Al cambiar un viento de direccion se dice que salta de uno ó de varios rumbos. Para determinar con toda exactitud la direccion de un viento se emplean grados de la circunferencia, indicando primeramente por medio de las letras N ó S si el viento viene del hemisferio norteó del hemisferio sud; luego se escribe el número de grados de que se separa su direccion del meridiano del este ó del oeste; por ejemplo, un viento representado por la fórmula N. 15º O., quiere decir que viene de un punto situado entre el norte y el oeste que se separa de 15 g rados del meridiano. Modo de observar la direcct'on del viento.Anemóscopos.-En las grandes alturas se producen corrientes de aire contrarias muchas veces á los vientos e.le tierra, cuya direccion se determina por el movimiento de las nubes observadas con un espejo horizontal en el cual está trazada la rosa de los vientos y que se coloca de modo que la línea norte-sud se encuentre en el meridiano. Con relacion á los vientos ·que soplan cerca de la superficie de la tier.ra, se emplean varios aparatos llamados anemóscopos. El más sencillo de ellos es la veleta o cataviento ordinario, pero tiene el inconveniente de no ser suficientemente móvil para obedecer á débiles agitaciones de[ aire. En este caso, se ob?erva la direccion que toma el humo de las chimeneas aisfadas. Para que la veleta

E. NE,

SE,

O . NO,

•

fraccion -.

sa- e, 4

nombres de los dos puntos cardinales que les comprenden. Los ocho puntos intermedios á estos, se designan del mismo modo, anteponiéndoles la direccion principal. Por último, los 16 puntos intermedios restantes se denominan por medio de las-ocho principales, colocando primeramenty el nombre de la direccion más próxima á la que se indica, luego el nombre de la más apartada, precedida de la

N ,NO ,

n - no 4

ESTE. SUD. OESTE. NORTE.

sea muy ruó vil, Tampenot fija el ala de la misma á un tubo cerrado por arriba, en el cual está situada la espiga fija del a parata, terminada por una bola de marfil, vidrio ó parcelana barnizada, sobré la cual descansa, por su parfe cóncava,- un hemisferio de mayor diámetro que cierra el tubo, cuya disposicion está representada en la fig. 25 . Las oscilaciones que experimenta la veleta á_causa de los fuertes viento_s hacen muy difícil la observacion, y el P. Secchi los atenua mucho formando el ala de dos partes, colocadas una al lado de la otra que formen entre sí un ángulo de 30 grados cuyo vértice se encuentre hácia el lado del eje de rotacion. La posicion de una veleta situada á la parte superior de un edificio, hace muy incómoda su observacio_n, por lo que, se la dispone generalmente de modo que su espiga gire con el ala; esta espiga está mantenida por un anillo I fijo á la cubierta, y su extremo inferior, en forma de pivote, apoya en un soporte colocado en la sala de las observaciones. En la base de la_espiga está fija una aguja horizontal, colocada exactamente en la misma direccion que el ala, que indica así las varias direcciones sobre. un círculo horizontal. . Con esta disposicion los movimientos de 1a veleta son muy lentos ó perer.osos, lo cual se evita empleando el anemóscopo de aletas de Piazzi-Smyth, perfeccionado por Salieron. Un disco dentado r (fig. 26) está fijo horizontal-

MOVIMIENTOS DE LA ATMOSFERA Y DEL VTENTO

mente en tres soportes n, n, n. Su centro está atravesado por un árbol vertical t que gira sobre sí mismo, y está próvisto de dos brazos horizontales o, o, que soportan el árbol giratorio de dos ruedas de paletas oblicuas R, R. A este árbol está fijo un tornÚlo sin fin, · cuyo paso se introduce en los dientes del disco fijo r. Cuando el viento hace girar las ruedas, apoyando el tornillo sin fin en los dientes del disco, arrastra tangencial mente el árbol o o, hasta que las ruedas R, R, se encuentren paralelas a la direccion. del viento. Entonces estas se paran, y las agujas E y e perpendicuhres al árbol o o indican esta direccion. Cuando no se tenga ningun aparato, se puede conocer con bastante exactitud la direccion del viento mojándose un dedo y levantándole verticalmente; con ello se experimenta una sensacion de frio del lado por donde sopla el viento, á causa de la mayor actividad de la evaporacion ·e n este punto. Anemóscopos registradores. - En primer lugar citaremos el anemóscopo de Ons-enBray. La espiga gira juntamente con el ala de la veleta, y su parte inferior está provista de un cilindro en el cual en forma de hélice, están situados 25 lápices equidistantes . Movida horizontalmente una hoja de papel por un mecanismo de relojería, traza en ella una raya uno de los 25 lápices expresados, determinándose cual de ellos es el que ha tocado al papel por la altura del trazo, y el tiempo que ha permanecido la veleta en la misma direccion por la longitud de dicho trazo. El P. Beaudoux es el autor del anemóscopo de la fig. 27. El limbo g equilibrado por la mása n, gira con el árbol vertical o' o, pro• visto de un embudo v lleno de arena que cae · en las cajas A. El otro embudo v', dispuesto corno el primero y destinado á equilibrarle, vierte arena á una segunda fila circular de cajas. La cantidad de arena vertida en cada caja!da á conocer el tiempo que ha permanecido la veleta en la posicion que le corresponde. Direccion media del viento.-Las anotaciones adoptadas para indicar las distintas direcciones del viento se presta muy difícilmente al cálculo de las direcciones medias; sin emtang. V =

797

bargo, hé aquí como considera Lambert estas direcciones. Supongamos que una corriente de aire norte pase por el punto C (fig . 28), con una velocidad s durante un tiempo t; en este caso, la masa de aire que pasará será proporcional á t v. Si sopla luego otra corriente sud con una velocidad v' y durante un tiempo f, la masa de aire que pase será igual á v' t' , de suerte que el resultado será como si pasase por el punto C durante un tiempo t + t' una rna"sa de aire representada por v t - v' t'. Si se representa por N y S las masas de aire del norte y del súd, el resultado estará representado por N - S. Si la diferencia es positiva, el viento resultante se dirigirá del norte al sud, y del sud al norte si es negativa. Si consideramos los vientos del este y del oeste, el viento resultante será E - O, dirigido del este al oeste cuando esta diferencia sea positiva . Si consideramos los resultados N - S y E - O . como dos fuerzas e by e a, se podrá hallar fácilmente su resultante C R. El ángulo V que formará ésta con el meridiano NS estará representado por la fórmula: E-O Cb Ca. = Ca= N -- S

tang. V =

Si consideramos ahora los ocho vientos principales, podremos descomponer cada uno de los cuatro vientos NE, NO, SE, SO, en otros dos, dirigidos, segun el meridiano el uno y segun la recta O E el otro . Así, el viento del nor--este se descompone en otros dos, segun C S el uno representado por NE cos 45°, el otro segun C O é igual tambien á NE cos 45°, cuyas dos componentes son positivas. El viento _del nor-oeste dá las componentes NO cos. 45° segun C S, y NO cos 45° segun CE. El viento sud-este dá las componentes - SE cos. 45º segun C N, y SE cos 45° segun C O. Por último, el viento sud-oeste, da - SO cos 45°, s~gun C N, y - SO CO.S 45º segun. CE. Reuniendo las componéntes que siguen la direccion d.el meridiano, á los vientos del norte y del sud, y los que soplan segun la línea O E, á los vientos de este y oeste, se tiene:

E - O+ (NE+ SE - NO - SO) cos 45° N -S +(NE+, NO - SE - SO) cos 45°

FÍSICA INDUSTRIAL

Tal es la fórmula de Lambert. Los signos del numerador y del denominador del valor de tang. V, dan á conocer el sentido de las componentes C by Ca, y, por consiguiente,

E - O + (N E+ S E - N O - S O) cos 4 5° sen V

Cb sen V

Ordinariamente en el cálculo de tang V, se prescinde de la velocidad de los varios vientos, y se representa con los signos NS .... NE, SE .... los números de veces 1,000 que cada uno de ellos ha soplado. Este modo de proceder supone que las velocidodes medias son á poca diferencia las mismas en todas direcciones, lo que dista mucho de ser cierto. Schonw emplea otro método: compara por diferencia los números de veces por I ,ooo que hayan soplado los vientos del N. (NO, N, NE) y los vientos del S. (SO, S, SE): compara igualmente los vientos del E. (NE, E, SE) con los vientos del O. (NO, O, SO), con lo cual conoce si el viento ha soplado con más frecuencia del N. que del S. y del E. que del O. Velocidad del viento. - La velocidad del viento es muy variable. Hé aquí reproducidos los términos generalmente adoptados para representarle. Velocidad en

Velocidad en

se~ nnd o .

kv. por hora.

1111

/lfetros.

Viento apenas sensible .. sensible. moderado. bastante fuerte .. fuerte .. muy fuerte .. Tempestad. Gran tempestad. Huracan. violento.

el ángulo recto que determina la direccion de la resultante, La veloci'dad media ae1 viento resultante se conoce con la fórmula:

0'5 l 'o ~'o

5'5 10'0 20'0 22'5 27'5 36'0 45'0

l '8 3'6 7'2 1 19 8 1 36 0 1 72 0 81'0 99;º 1 129 0 1 162 0

Huracan, es aquel viento tempestuoso y violento de 45 metros, muy comun en l~s Antillas y mar de la China, que, empezando comunmente por el O. recorre toda la. rosa en 18 ó 20 horas, levanta en los mares grandes y encumbradas olas y así en estos como en la tierra, causa los mayores daños y desastres, puesto que destruye cuanto á su paso encuentra.

Torbellino, es el encuentro de dos recios vientos que, doblándose, forman una especie de rueda, que gira con una violencia capaz de arrancar en la tierra los objetos m'ás corpulentos y de destrozar en los mares las embarcaciones más grandes y fuertes. Trompa marina, es el mismo torbellino que, condensando las nubes y haciéndolas girar con gran rapidez, las hace tomar la forma de una trompa ó manga que atrae con suma violencia el agua del mar, y se hace muy temible á los navegantes por atraer y hundir las embarcaciones en la profundidad de los mares. Viratones, son aquellos vientos que vienen del mar á la tierra. Terrales, son los que van de la tierra al mar. Bri'sas, son los que se reunen en la zona tórrida, casi diariamente, y que vienen del E. Cuando la atmósfera se halla tan tranquila, que no se percibe viento alguno, se dice que hay calma. Para conocer la velocidad del viento, se emplean varios procedimientos. Si se trata de vientos que soplan á grande altura, se observa como hemos dicho, el espacio que re.corre sobre el suelo la sombra de las nubes en un tiempo dado. La velocidad de los vientos de tierra, se calcula por medio de cuerpos ligeros arrastrados horizontalmente por el viento: se observa el tiempo que emplean en recorrer el espacio que separa dos señales colocadas á distanciaconocida; pero lo más cómodo consiste en emplear los instrumentos especiales llamados anemómetros. Ya al tratar de la velocidad de las corrientes de los gases hemos hablado de estos instrumentos; mas ahora daremos á conocer dos principales que se refieren al viento en particular. Anemómetros de presion.-EI anemómetro de Bouguer (fig: 29) consiste en un disco que

MOVIMIENTOS DE LA ATMOSFERA Y DEL VIENTO

olse coca en frente del viento, provisto de una espiga t que atraviesa el tubo fijo r en cuyo interior se encuentra un muelle cilíndrico. Una division que se traza en la parte t de la espiga da á conocer la resistencia del muelle á la accion del viento. Comunmente la ~spiga lle;á dos dientes oblícuos, en los cuales se introduce el extremo de un muelle que impide que la placa vuelva á tomar su primitiva posicion al cesar el experimento. Tambien, á veces, estos dientes se introducen en los de un piñon provisto de una aguja que recorre las divisiones de un cuadrante. Pára guaduar la espiga t, se coloca el instrumento de moJ.o que el disco sea horizontal y se le va cargando sucesivamente de pesos, cuya carga se señala en la espiga. Para pasar de la fuerza del viento á su velocidad, se emplean experimentos directos, como hizo Borda. Observó en primer lugar que, á igualdad de superficie, el grandor y la forma de la placa ejercen una gran influencia en la fuerza que por centímetro cuadrado · corresponde á una velocidad dada; lo cual debe atribuirse á los remolinos y á las inflexiones del aire cerca de los bordes. Si F es la fuerza del viento sobre un milímetro cuadrado, representado en kilógramos, V su velocidad y S la superficie de la placa en milímetros cuadrados, se tendrá F = e X S V'; en donde e es un coeficiente constante para una IJ?-isma placa, que aumenta junto con su extension. Segun los experimentos cie Borda, los valores e son 0'92, I y r '04 para placas de 11664 26244, 59049 milímetros cuadrados. . Rousse halla e= 1'20 para una· placa de 929,000 milímetros cuadrados. , En el anemómetro de Lind (fig. 30), la fuerza del viento hace subir una columna líquida. por un tubo curvado en forma de sifon na o, que contiene agua ó mercurio. Este tubo puede girar alrededor de la espiga e e, debido á la accion del viento que obra en la palanca A, entrando el aire por la boca o y haciendo subir el nivel n de una cantidad dependiente de su velocidad. Otro tipo de anemómetro consiste en una simple placa rectangular que gira alrededor de su cara horizontal superior, que se coloca perpendicularmente á la direccion del viento.

799

Levantada la placa por abajo, llega á una posicion que permite apreciar la fuerza del viento. Perfeccionó Tampenot este anemómetro como se ve en la figura 25. La palanca indicadora o l está ensillada en la placa e a b de una veleta muy sensible, á que es perpendicular la visagra o. El borde de la veleta es dentado, afecta la forma de un cuadrante de círculo, y permite apreciar de lejos la inclinacion que afecta ~a placa o l. De esta inclinacion se deduce la velocidad del viento, apoyándose en observaciones directas procedentes de experimentos que se ejecutan haciendo recibir la accion de un aire tranquilo· al aparato, á velocidades conocidas, ó bien comparando las inclinaciones de la placa o l con la velocidad del viento medida por medio de cuerpos ligeros. Anemómetros de rotacion. - La _primera idea de estos aparatos se debe á Wolí, y en ellos el viento obra sobre un molinete de alas oblícuas, haciéndole girar con una rapidez dependiente de la velocidad. En el anemómetro de Wolfmann, el árbol del molinete está situado e·n la prolongacion de Ja placa de una veleta y del lado del viento, de suerte que el aparato se orient~ por sí mismo. En él hay un tornillo sin fin que hace mover un contador que indica el número de vueltas verificadas durante un tiempo dado. Al principiar á contar los segundos, se dispara el molinete levantando un gatillo que retiene una de las aletas. Para parar el aparato se ejecuta el movimiento inverso. Para deducir del número de vueltas la velocidad de viento, se construye una tabla que dé el número de vueltas coi-respondientes á varia-& velocidades observadas directamente por medio de cuerpos ligeros, ó trasladando el aparato, como se ha dicho antes. Este anemómetro de Wolfmann ha sido perfeccionado por Combes y por Morin. La figura 3 I representa el anemómetro á mano, de Morin y Bianchi. Sobre un tambor cilíndrico movido á mano, se encuentra una placa pP' ·q ue soporta todo el mecanismo. Esta placa puede girar alrededor del eje del tambor, cuya seccion se ve en P P'. El árbol O O' del molinete de aletas helizoidales está provisto de un tornillo sin fin que da movimiento

' FÍSICA INDUSTRIAL

8ob

dientes r' y á'la aguja del cuadrante e'; cada una de dichas divisiones corresponde á una vuelta del molinete. La rueda r' hace mover, por medio de un segundo tornillo sin fin, á la rueda r, cuya aguja indica en el cuadrante e las vueltas de la rueda r' ó los cientos de vueltas del molinete. Por último, las vueltas de la rueda r se cuentan con la rueda de clavijas h, en la cual cada clavija pasa por e.l índice ci á cada vuelta de la rueda de 100 dientes r. Cada clavija corresponde, pues á 100 vueltas de la rueda r' ó á 10,000 vueltas del molinete. Para operar, se princi pía por orientar el aparato, cuyo conjunto se ve en esta figura, colocando convenientemente la placa p' p de suerte que el árbol O O' esté en direccion del viento. Así que el molinete ha . adquirido su máxima velocidad, se empuja un boton colo. cado en el extremo del manubrio; 1:a. palanca L, L', l, impele la aguja del cuadrante e, señalándose un punto negro en él corno en los cronómetros de apunte. Igual efecto se produce en la aguja del cuadrante e'. En s a a se ve la disposicion de las agujas e e' Y. de su muelle s. Se señala un segundo punto en el instante de pararse· el cronómetro que mide el tiempo transcurrido. Anemómetro de Robinson. - Este aparato (fig. 32) consta de cuatro brazos horizontales terminados por hemisferios huecos dispuestos de modo que la concavidad del uno mire á 1a parte convexa del que le precede; este sistema gira bajo la accion del viento y, el número de vueltas se cuenta por medio de un contador; este número es siempre proporcional á la velocidad del viento; si los brazos son s.uficientemente largos para que el roce con el eje sea insensible, la velocidad de translacion de los hemisferios es igual al tercio de la velocidad del viento. Si R es el rádio del círculo descrito por el centro de los hemisferios, la velocidad del viento correspondiente á n v·u eltas por miriuto será 3 X 2 '1t R X n. Anemómetros registradores. - El anemómetro es quiz.ás el instrumento cuyas indicaciones son más indispensables conocerá causa de las continuas variaciones del viento. Liais describe un anemómetro que, al cabo del día, da las distintas direcciones de los vientos sucesivos, sus duraciones y sus intensidades. á la rueda de

100

Este instrumento es análogo al de la fig. 27, con la sola diferencia que sólo consta de un embudo que- recibe el agua de un vaso de Mariotte. Para conocer la intensidad, el agua del embudo cae primeramente á una caja muy larga que resbala por una ranura horizontal paralela á la veleta. Esta caja está unida ,' por un sistema de palancas articuladas, á un anemómetro de presión que la aproxima tanto más al eje de+ª veleta, cuanto más fuerte sea el viento. Un orificio practicado en la caja permite caer entonces el agua á las cajas de las varias carenas concéntricas. La corona á que corresponde la caja que haya recibido el agua, da á conocer· la intensidad del viento al tener éste la direccion que corresponde al sitio que ocupa esta caja en la circunferencia. La cantidad de agua recogida indica elhempo durante el cual ha soplado el viento con esta intensidad . Anemógrafo de Taupenot. - Este aparato registra la direccion y la fuerza del viento al mismo tiempo; su parte superior está representada en la fig. 33. H t be~ una veleta que• gira en el marco fijo m n. El eje de esta veleta es un tubo t b que descansa por su ·extremo b, terminado en una bola de marfil, en una cavidad esférica de porcelana e, con fondo taladrado, así como tambien la bola. El ala de la veleta es circular y giratoria sobre su centro o atravesado por un eje que apoya en dos brazos K o, fijos al tubo· t b. 1mpelida la paleta a por el viento, has;e girar el disco, el cual se para en varias posiciones a, a', a" .._... segun . la fuerza del viento. Al propio tiempo, al contorno del disco se enrolla una cadena que hace subir un alambre f f que sostiene una aguja horizontal e situada en la cámara de observacion. Girando esta aguja juntamente con la 1 veleta da· á conocer la direccion del viento, y al subir más ó menos indica su intensidad. Si se desea que el aparato registre la direccion y la fuerza del viento, al extremo inferior del alambre //se coloca una varilla cilíndrica K K (fig. 34), que atraviesa unas a-berturas pract{cadas en un flotador /, y en el fondo de una caja llena de agua. La aguja e e' fija al flotador está atravesada igualmente por el vástago K K'. En E se ve el centro de esta aguja y en o la seccion del vástago, el cual tiene practicada una ranura longitudinal re-

8or

MOVIMIENTOS DE LA ATMOSFERA Y DEL VIENTO

corrida por un apéndice c de la aguja, de modo que obedezca á los movimientos de rotacion del vástago sobre sí mismo, al girar la veleta, mientras sube y baja dicho vástago, segun la fuerza del viento. La direccion del ~ . . viento se traza en una hoja de papel n n por medio de un lápiz e' a. El movimiento de relojería que hace marchar la hoja de papel, hace bajar periódicamente el flotador para que la punta del lápiz apoye en el papel. La fuerza del viento se traza en . el cilindro vertical C C' que gira regularmente sobre sí mismo. El marco r t t' r', sostenido por un alambre que no presente resistencia sensible á la torsion, sube y baja al propio tiempo que el vástago K K'. Este marco está guiado en ex ex', y el lápiz r ' , comprimido ligeramente por un muelle, traza en el cilindro C C' una curva cuyas ordenadas dependen de la fuerza del viento. Para que las orqenadas sean proporcionales á esta faerza, se enrolla el alambre fijo en K' á un disco R provisto de una palanca curva /, que soporta un cordel' con contra~ peso p. La curvatura de la palanca les tal que la resistencia variable del contrapeso p haga los cambios angulosos de la placa a (fig. 33) proporcionales á la fuerza del viento. Dando á la veleta superior un diámetro de 40 centímetros, se dispone de 3 5 centímetros para las ordenadas, y cada metro de velocidad del viento corresponde á un centímetro. Anemógrafos eléctricos. - El anemógrafo electro-magnétt'co de Moncel da á conocer á cada instante la direccion y la fuerza del viento é indica al propio tiempo la hora de cada o bservacion. La direccion la suministra una veleta G (fig. 35) cuya espiga giratoria o o' lleva dos placas p, p sumergidas en agua, con el objeto de atenuar las oscilaciones irregulares. El flotador a adaptado á la espiga, recorre una rueda r r, representada en R, formada por ocho sectores iguales, aislados unos de otros, que corresponden ~ las direcciones principales del vie!}tO. Las separacíones de los sectores son muy pequeñas, para que el flotador pueda apoyarse siempre en uno de ellos. El eje de-la veleta comuniéa en o' con uno de los alambres de una pila y cada sector está provisto de un alambre particular que pasa por un elecrfs1cA. lND.

tro-imán E (fig. 36) que obliga al lápiz c á que apoye en el cilindro C, que en doce horas da una vuelta sobre sí mismo. Los ocho alambres de los ocho electro-imanes se reunen al polo negativo de la pila . Cuando el flotador toca un sector de la rueda r r, el electro-imán correspondiente hace bajar al lápiz dependiente de él hasta tocar el cilindro y traza mía curva que indica por su longitud, el tiempo durante el cual ha permanecido el viento en la direccion correspondiente y, por su posici'on, las horas durante las cuales ha soplado el viento en esta direccion. El aparato da tambien á conocer el tiempo total que ha soplado varias veces el viento en cada direccion . El sistema de relojería que hace girar el cilindro C (fig. 36), hace girar tambien un árbol horizontal o provisto de ocho ruedas de ángulo r que, cada una de ellas hace mover una minutera con dos águjas m, colocada detrás de cada electro-imán; el centro de la aguja de los minutos sube habitualmente obligada por un muelle, permaneciendo independiente del piñon r'; al subir el brazo b del electro-imán, acciona en lapalanca l, que hace bajar el pivote de la aguja de los minutos y entonces la minutera se pone en marcha. El número de horas indicado por el cuadrante, da á conocer el tiempo total durante el cual el brazo b ha permanecido alto, y por consiguiente, el tiempo durante el cual ba soplado el viento en la direccion correspondiente al electro-imán E. Para conocer la fuerza del viento, fija Mcmcel detrás de la veleta un molinete de Woltmam (fig 35) que está orientado siempre, y por medio de una cadena sin fin, transmire su movimiento á un tornillo sin fin v que hace girar una rÜeda de 60 dientes. La rueda lleva cuatro clavijas que cierran cuatro veces á cada vuelta un circuí to del que forma parte un electro-imán, colocado en la ¡:,rolongacion del eje Jel cilindro registrador C (fig. 36) cilindro que hace mover un lápiz en sentido de las aristas. Este lápiz señala cuatro trazos para cada vuelta de la rueda (fig. 35), ó para r5 vueltas del molinete. El número de trazos marcados en una porcion dada de la circunferencia del cilindro, da á conocer el número de vueltas del molinete durante el tiempo correspondiente, T. 11-IOI

. :. T

802

FÍSICA INDUSTRIAL

y, tambien las horas dunrnte las cuales tenia el viento la velocidad registrada. Tambien puede dar á conocer el aparato la velocidad durante cada direccion, por medio de un frotador a y de una segunda rueda de ocho metros r' r' (fig. 35) provistos de su correspondiente alambre y de un registrador particular, que no está representado en la figura. Con esto se ve que el anemómetro y el re-· gistrador pueden estar muy separados uno de otro. Los ocho alambres d.e comunicacion se reunen entonces en urt grupo aislándoles unos de otros. Salleron ha construido un anemógrafo perfeccionado, en el cual se indica la velocidad del viento con el molinete de Robinson, y Ja direcciori con la doble rueda D, D' (fig. 37) de Piazi-Smitb. Para conocer esta direccion, uno de los cojinetes que sostienen el arbol giratorio de las ruedas D, D', lleva un flotador que recorre cuatro sectores aislados, dispuestos .análogamente á los del anemógrafo de Moncel, R (fig. 35), que comunican con cuatro de los electro-imanes anexos al registrador (figura 38), en el cual se ve el cilindro cubierto con la hoja de papel y el reloj-motor de peso, situádo en frente y á la izquien.la. Cada uno de los cuatro electro-imanes baja un estilete al tocar el flotador al sector correspondiente. Este flotador tiene la forma de horquilla y puede tocará dos de los cuatro sectores al mismo tiempo; en cuyo caso dos de los cuatao electro-imanes funcionan al mismo tiempo tambüm y registran dos direcciones á la vez, Norte y Este, por ejemplo, de lo cual se deduce que la direccion del viento era Noreste. De este· modo, con c~atro electro-imanes solamente se pueden registrar ocho direcciones distintas. La punta del estilete es de cobre y la hoja de papel está cubierta con una capa de blanco de zinc. La corriente que anima cada electro-imán pasa por una placa que toca la palanca porta-estilete y por una parte de esta palanca. En el instante en que el electro-imán hace cambiar la posicion de ésta, cesa de tocará la placa, se interrumpe el cfrcuíto y como cesa el electro-imán de estar imantado, se separa la palanca del cilindro registrador obligada por un muelle de traccion, de modo que el estilete sólo puede marcar un punto.

Restablecido el contacto de la placa con la palanca, baja ésta de nuevo marcando un segundo punto. Así pues, en vez de una linea continua lo que se obtiene es una série de puntos. , · Para registrar la velocidad, el arbol del molinete de Robinsol'l. hace marchar, por medio de un tornillo sin fin, un contador P (fig. 37) provisto de una rueda de clav}jas que cierran el circuíto de una pila, al tocar éstas un ligero resorte. Siempre que se verifica el contacto, el antepenúltimo electro-imán de la derecha (fig. 38) hace marcar un punto sobre el cilindro registrador, conociéndose así la velocidad por el número de puntos 1narcados entre aristas equidistantes trazadas sobre el papel á distancias correspondientes á las horas y cuartos de hora. El último electro-imán de la derecha registra la lluvia, corno esplicaremos más adelante. · · A la izquierda de la série de los electroimanes (fig. '38), hay un barómetro aneroide cuya aguja va á parar al cilindro registrador, · llevando un estilete que cada diez minutos recibe los golpes de un martillo m movido por el reloj, y así registra la presion atmosférica. Registrador electro-químico. - Simplifica Salleron la construccion de su anemógrafo, suprimiendo los electro-imanes. Sobre el cilindro, que es <;le metal v comunica cor¡. el alambre negativo de la pila, se aplica una hoja de papel embebida con una disolucion de cianuro de potasio, en la cual se apoyan ~oristantemente unos estiletes de acero, situados en palancas que comunican con cada uno de los alambres que salen de cuatro sectores sobre que resbala el flotador, puesto en relacion con el polo positivo de -la pila. Cuando está cerrado el circuíto corresp(?ndiente á una de las palancas,. pasa la corriente eléctrica por el estilete á través del papel químico, descomponiendo el cianuro y produciend9, á expensas de dicho estilete, un cianuro de hierro q-ue produce un trazo azul en _el papel, durante el paso de la electricidad. CAUSAS GENERALES DEL VIENTO,----:-La esplicacion de los vientos es muy moderna. Antiguamente se suponia qµe salian del ·interior de la tierra, principalmente de los países montañosos, y que ciertas cavernas les daban sa-

MOVIMIENTOS DE lA ATMOSFERA Y DEL VIENTO

-803

lida. Verdaderamente existen cavernas de tura sobre el nivel del mar, la presencia de donde salen corrientes de aire, pero ello es las nubes que interceptan los rayos sola"res, y debido á un simple tiraje producido por la otras. Se observar~ que pasta el paso de una diferencia de nivel de varias aberturas. nube sobre una llanura expuesta al sol para A Radley y á Franklin se deben las prime- que se note inmediatamente la impresion del ras nociones exactas sobre las causas del vien- aire. to. El viento procede generalmente de la desTambíen se debe el viento á otra causa: al igual distribucion del calor en el aire. Corisi- convertirse una gran can.tidad de vapor en deremos una region muy extensa A C B (figu- . lluvia, se produce una gran disminucion de ra 39) en la cual la superficie del suelo se halle presion, .p uesto que el agua ocupa un volumen en condiciones disfintas; por ejempo en e se 1,700 ve·ces aproximadamente menor que el halla completamente desnuda, de suerte que del vapor que la produce; así un aire de las reabsorbe con energía los rayos solares; en A giones contiguas se precipita para llenar este y B, es húmeda y está cubiert'a de vegetacion vacio, formándose una corriente muy vioó cubierta por las nubes. El aire que cubre la lenta ·á veces. parte C, por estar calentado, se dilata con Propagadon del viento.-De las esplicaciomás fuerza que el que se encuentra á su alre- nes que anteceden resulta que el viento se dedor, de suerte que asciende y el que afluye manifiesta primero c~rca de la region en don-de A y B, ocupa el espacio por el-dejado, prode haya disminucion de presion; el aire situaduciéndose corrientes dirigidas en sentido de do alrededor es el primero que se dirige al las flechas. Al propio tiempo, la columna de espacio rarificado, rarificándose á su veE y aire dilatado a b n m se eleva hasta sobre el lí- aspirando el aire contiguo á él y así siguienmite m n de las columnas contiguas, se mezcla do, al igual que en la propagacion de las oncon ellas en sentido de las flechas s y r, -engen- das dilatantes del sonido; de suerte que el drando corrientes superiores que marchan en viento se propaga en s€ntido opuesto á aquel sentido contrario de los vientos de tierra A b y por donde sopla. Los vientos así propagados B a, dando lugar á corrientes descendentes, se llaman vientos de aspiracion.- Observó parn reemplazar el aire de la parte inferior Franklin un viento de noreste que se produjo que. se dirige al espacio más dilatado. á las siete de la tarde en Filadelfia, el cual Apoyado en esta explicacion, cita Franklin principió á ser sensible á las once de la mael exJ:<erimento siguiente: Se coloca una bujía ñana en Boston, situado al norte de la primeen la parte inferior de una puerta abierta que ra ciudad. La baja del barómetro que acomsepara dos habitaciones de temperatura distin- paña los vientos se debe en parte al estado ta, y se observa que la llama se dirige hácia de rarefaccion de la atmósfera. la habitacion más caliente. Lo contrario se . Se llaman vientos de insolacion los que se verifica si se coloca 1a bujía en la parte supe- propagan en el mismo sentido que aquel por rior. Por último, entre las dos corrientes donde soplan. El hura can del •2 7 de noviemopuestas, existe una capa de ;aire en reposo, bre de 1836, que pasó por Londres á las diez en la cual la llama permanece vertical, es dede la mañana, por Amsterdam á la~ diez y cir, que no se inclina ni á un lado ni á otro. media, por Hamburgo á las seis y por Stettin Tambien puede calentarse fuertemente una á las nueve y media de la tarde, se propagó plancha de palastro y se notan corrientes que en el mismo sentido por donde soplaba. En se dirigen hácia el punto calentado, visibles cuanto al origen de los vientos de insolacion por medio del humo que sale de la mecha de se debe al aire que se enfría en las vertientes una bujía recien apagada. de las montañai, el cual al pasar por valles En cuanto á las circunstancias que modifi- produce un viento de retorno. can la temperatura en !os va-rios puntos de la Por último, tambien se producen vientos superficie de la tierra, se pueden citar un gran · por el encuentro de dos corrientes de sentido número de ellas, tales como la presencia de contrario, que forman torbellinos y arrastran las aguas, el estado de humedad del suelo, su el aire con movimiento circular violento. naturaleza, la vegetacion que le cubre, la alVIENTOS REGULARES.- Vientos periódt'cos ..1

FÍSICA INDUSTRIAL

Los vientos regulares se observan durante todo ·el año sólo en la zona tórrida. Cuanto más próximos á los polos, más irregulares son los vientos, á causa de los cambios más frecuentes y más extensos de temperatura. Los vientos regulares se dividen en periódicos y constantes. Los primeros son principalmente las brisas y los m·on1ones. Brisas de tierra y de mar.-Se llaman brisas los vientos periódicos que soplan diariamente en las costas. Hácia las ocho de la mañana principia el viento á soplar del mar hasta las cuatro ó las cinco de ·1a tarde; esta es la brisa del mar ó de la ma1iana. Desde las cinco de la tarde hasta la puesta del sol hay reposo, y sopla despues el viento en direccion al mar; esta es la brisa de tierra ó de la tarde que dura hasta la salida del sol. Las brisas sólo se dejan sentir á poca distancia de las costas, observándoselas principalmente en la zona tórrida. En las zonas templadas sólo se notan eti. verano. Su duracion y su intensidad se modifican á causa de los vientos accidentales concomitentes. Hé aquí como se explican las brisas: bácia las ocho de la mañana principia á calentarse el suelo, mientras que las aguas del mar couservan á poca diferencia la misma temperatura; así, se restablece sobre la tierra una columna de aire ascendente que aspira el aire del mar. Hácia las tres ó las cuatro de la tarde, se enfría el suelo por radiacion, adquiere igual temperatura el aire en la tierra que en el mar y permanece en reposo. Despues de la puesta del sol, continua enfriándose el aire que cubre la tierra y se forma uria columna . ascendente sobre las aguas que aspira el aire de la costa. Estas corrientes van acompañadas de una contra-corriente en las partes elevadas del aire, como se ha observado por el movimiento de las nubes. La brisa de la tarde dura mucho más tiempo que la de la mañana, en cambio es más débil. Brisas de las montaiias.-Fournet ha estudiado, en las montañas, brisas análogas á las de tierra y de mar, mucho más notables en los valles estrechos que en cualquier otro punto. Al salir el sol calienta primeramente las cúspides de las montañas, provocando una aspiracion de aire hácia elfas. Más tarde, pe-

netra el sol al fondo de los valles, que se calientan más fácilmente que las cumbres altas y así el aire más frío desciende á. las partes bajas. Estos vientos de las montañas, que cada localidad les da su nombre especial, tienen lugar casi á las mismas horas que las brisas de tierra y de mar. Mon 1ones.-Se llaman así(del árabe Mowsin, estacion), los vientos periódicos que soplan principalmente en los mares pequeños ó que forman grandes golfos. Estos vientos soplan durante seis meses en un mismo sentido y durante los otros seis meses en sentido opuesto. Se esplican del mismo modo que las brisas. A partir del mes de abril, en nuestro hemisferio el calentamiento medio de la tierra es mayor que el del mar, y esta es la época del monwn de primavera, que se dirige á la tierra; el mon 1on de otoiio principia en octubre y se dirige hácia el mar, que está más calentado entonces que la tierra. En el hemisferio austral, en donde están invertidas las estaciones, el monzon que principia en abril, va bácia la costa y el que pri nci pía en octubre sopla hácia el mar. En la época en que los monzones cambian de direccion, existe, en ciertos mares, un tiempo de calma más ó menos prolongado, y otras veces el cambio se verifica bruscamente y va acompañado entonces de vientos violentos y tempestades. En el mar de las Indias es en donde, principalmente se observan los monzones más caracterizados. En invierno, la parte meridional del Africa está más calentada qu_e las Indias; así tambien, el mar de las Indias está más calentado que el mar de Arabia, el golfo de Bengala y el mar de la China, observándose en estos mares una corriente de noreste M (fig. 40) 1 que constituye el mon 1on de otoño y sopla desde el mes de octubre hasta el mes de febrero. Hácia el equinoccio vernal, cesa este viento y está reemplazado por calmas ó por huracanes. A partir de esta época, tanto el suelo como la superficie del mar se calientan al norte del ecuador, mientras se produce enfriamiento al sud, en la parte meridional del Africa. Entonces es cuando se observa el mon 1on de primavera que viene del sudoeste M e, penetrando mucho al interior hasta el Himalaya·y hasta el Japon tarnbien, lo cual esplica Dove por la disminucion de presion

MOVIMIENTOS DE LA ATMOSFERA Y DEL VIENTO

805 que durante el verano experimenta la atmós- reposo, se producirían corrientes en direccion fera del Asia. de los polos al ecuador. Pero como la tierra Se observan igualmente otros monzones en gira sobre sí misma arrastrando su atmósfera los brazos de mar que separa las numerosas consigo, sus varios puntos están animados islas de la Oceania, e11 donde se modifican de velocidades tanto más débiles cuanto más sus direcciones por la configuracion del suelo próximos se hallen de los polos; por ejemplo, ,, y de las costas. Estos monzones están repre- la velocidad, que es de 6r,666 kilómetros por sentados en la fig. 40 por una flecha de dos hora en el ecuador, es sólo de 952 kilómetros puntas: el extremo e indica la direccion del á 55 grados de latitud. Al avanzar el aire de viento durante la estacion de verano. los polos hácia el ecuador, adquiere una v_eVientos etesios. - Tambien se producen locidad, paralela á este círculo, menor que la monzones en el Mediterráneo: durante el vede los puntos de donde procede, de suerte rano el viento viene del norte, y de sud du- que permanece hácia atrás, resultando una rante el invierno. Estos vientos se observan corriente de aire dirigida en sentido inverso en el golfo de Leon y tarn bien en Grecia y en del movimiento de la tierra; . es decir, un Italia; conociéndoles ya los antiguos, que les viento del noreste en nuestro hemisferio y , llamaban vientos etesios. Tambien se les ob- del sudeste en el hemisferio austral. Estas serva en Atgel y eri Egipto. Se les atribuye corrientes se encuentran en el ecuador, y se á las variaciones de temperatura del suelo ári- combinan para formar un viento cuya direcdo del Africa, principalmente del desierto de cion general va del este al oeste. Sabara, que se calienta intensamente durante Contra-alisios. - De esta explicacion reel verano y se enfría rápidamente durante el sulta naturalmente la existencia, en las regioinvierno, mientras que el mar y las costas nes superiores de la atmósfera, de corrientes meridionales de Europa experimentan cam- de retorno dirigidas del ecuador á los polos y bios de temperatura poco acentuados. Por lo del oeste al este, llegando paralelamente el demás, los vientos del norte son . mucho más a1re _del ecuador con velocidades mayores que fuertes que los del sud, que soplan despues; las que poseía. Desde luego, este aire debe. forasí, la media anual del tiempo empleado por mar en el hemisferio austral un viento de los buques de veta en ir de Argel á Tolon, noreste sobre el alisio del sudeste y, en el por ejemplo, es la cuarta parte mayor .que la hemisferio norte, un viento del sud-oeste somedia del tiempo empleado en ir de Tolon á bre el alisio del noreste. Estos vientos supeArgel. riores, que se conocen por el movimiento de Vientos alisios. -Se llaman así los vientos las nubes, bajan, en el hemisferio norte, hácia que soplan constantemente del este al oeste el grado 30 de latitud, despues de haberse cerca del ecuador. Cristóbal Colon fué el pri- enfriado notablemente y haber disminuido mero que los observó, y excitaron el espanto mucho su velocidad. Los navegantes aprovede sus compañeros de expedicion que temían chan estos vientos para ir de América á Euno poder efectuar el regreso. Descartes les ex- ropa. Estos son los que transportan á grandes plica por el movimiento de la tierra, que deja distancias las ceni?as arrojadas á gran altura atrás el aire que la rodea. Hadlev los atribuye por los volcanes. Así, se han visto caer en á la accion del sol que, calentando el aire de Barbada las cenizas del volean de la isla San oriente á occidente, lo ünpele en esta direc- Vicente situada al oeste; en 1853, las del volcion. La explicacion generalmente adoptada ean de Cassiquina, en Guatemala, cayeron es la siguiente, de Hadley. en Jamaica, situada a-l este, y en tal abunSupongamos, en primer lugar, que la su- da que oscureciero.n esta ciudad durante ·alperficie de la tierra sea idéntica en todos sus gunos días. En el pico de Tenerife se propuntos; la atmósfera, entre los trópicos, es duce casi siempre el viento del oeste, mienmás caliente que en las zonas templadas, de tras se produce el del este al pié de la monsuerte que e1 aire dilatado se eleva reempla- taña. En primavera y en otoño cae en Lyon, zándole el aire que afluye de los trópicos, de en Malta, en Génova, y en el Tiro], un polvo lo cual resulta que, si la tierra estuviese en . fino que se supone proceder de los deciertos

•

806

FÍSICA INDUSTRIAL

de Africa; sin embargo, Eremberg ha observado, con el microscopio, que este polvo está formado de partículas orgánicas, de infusorios desecados, algunos de los cuales conservan aun sus ovarios frescos. Este polvo proviene de los valles del Orenoque y de las Amazonas, cuyas aguas son muy bajas durante los equinoccios de primavera y de otoño. Los torbellinos de viento que se forman arrastran hácia las regi.o nes superiores de la atmósfera los organismos pulverulentos que yacen en el fondo de los pantanos desecados, entregándoles al viento superior del sudoeste que _ les transporta al antiguo continente, en el espacio de 30 á 40 días. Injluencia de la configuraci'on de los continentes. - Los vientos alisios no presentan la regularidad que resulta ria de la suposicion que se ha hecho de ser uniforme la superficie de la tierra. Las distribucíon de los mares, el reHeve que presentan los continentes, la orientacion de las cordilleras de las montañas, modifican notablemente la direccion de los vientos, de suerte que sólo se les puede observar bien en los mares libres. Hé aquí algunos detalles sobre este particular. En el océano Atlántico, el alisio del noreste a (fig. 40) se extiende del grado 30 ó 28 de latitud norte al grado 8. En este punto principia una region tranquila que cesa al grado 3 de latitud norte, en donde principia el aliso del sudeste a' hasta llegar al grado 28 de latitud sud. En la region tranquila es en donde se encuentra la columna ascendente de aire caliente que aspira el aire de los trópicos; tambien se nota que el barómetro se mantiene más bajo que en las regiones laterales. La extension de la zona tranquila depende de la estacion: en el mes de agosto, va de 3'15º á 13 grados de latitud norte, y en febrero, de r' 15 á 6 grados solamente. Se ve que el alisio del sudeste pasa de l.a línea . Segun Prevost, este resultado procedería de que el hemisferio boreal no es tan frío como el hemisferio austral; mas como no se reproduce en el Gran Océano, resultaría que el alisio del sudeste pasaría al sud del ecuador durante elúnvierno de nuestro hemisferio, por ser éste más frio entonces que el hemisfe.rio austral; lo que ciertamente no se verifica. Humboldt explica la posicion septe11trional de la faja

tranquila por la configuracion del Atlántico. durante el invierno el mar es más caliente que la tierra hácia el banco• de Terranova, á · causa del gulf-stream, lo cual tiende á producir un viento del sÚd al norte que, combinado con el viento del oeste, repele el viento del noreste hácia el norte del ecuador. Además, en este punto el Atlántico forma una ancha faja cuya direccion general va del sudeste al noroeste, lo cual favorece la libre propagacion del viento del sudeste, dándole pre. ponderancia sobre el del noreste. . En el Gran Océano, el alisio A (fig. 40) principia á alguna distancia de la costa occidental de América, á causa del inmenso relieve de la cordillera de los Andes, detrás de la cual se encuentra una region tranquila, frecuentemente movida po·r vientos y huracanes. A partir de esta region, se deja sentir el viento del Este, hasta la· Nueva Holanda y las islas Filipinas; sopla del noreste entre los grados 2 y 25 de latitud boreal, y del sudeste entre los grados 10 y 21 de latitud austral. Se le vuelve á encontrar en el Océano Indio L, en donde se le denomina mom¡,on del sud~ste, á pesar de reinar todo el año. Hemos visto antes que la corriente superior del sudoeste baja hácia el grado 30. A esto añadiremos que esta corriente encuentra en este punto otra corriente opuesta que viene del noreste, y que, chocando con ella, la obliga á que baje á la tierra. De esto resulta una region de calma, conocida con el nombre de faja ó 1ona tranquila de Cancer, en la cual el barómetro indica una elevacion de presion, como lo comprobó Humboldt. Lo que hay en ello más notable es que el aire que viene del polo y baja á la zona tranquila, pasa á través de ésta dirigiéndose hácia el ecuador, en cuyo punto este aire encuentra una corriente semejante que viene tambien de una zona tranquila del hemisferio sud, elevándose por efecto del choque y tambien por el del calor de la zona tórrida. La faja tranquila del ecuador es, en parte, la consecuencia de este choque entre los alisios del noreste y del sudeste. Vientos irregulares, tempestades, ciclones.

Hemos dicho ya que los vientos irregulares son tanto más frecuentes cuanto más alta

,. MOVIMIENTOS DE LA ATMÓSFERA Y DEL VIENTO

se~ la latitud. Entre los trópicos, los vientos regulares dominan y dificultan la formacion de los otros; además, como allí la tierra está casi completamente cubierta por el mar, esto dificulta la produccion de los vientos accidentale's. Sin embargo, se notan frecuentes huracanes en las regiones de las calmas. Sistema de los vientos en Europa.-Tomando la media direccion de los vientos durante un gran número de años, es fácil conocer los que dominan en una comarca. En la figura 41 es.tán indicadas, según Gasparin, las direcciones medias de los vientos en la Europa occidental. Se ve que los vientos de oeste dominan en la parte septentrional, lo cual debe atribuirse á- la-influencia del contra- alisio; en la parte meridional, el viento del norte es el que domina, lo cual se explica por la aspiracion enérgica producida por el calentamiento de las llanuras arenosas del Africa. En París, de 1806 á 1826 soplaron los vientos en distintas direcciones el número de veces siguiente: Norte .. Noreste. Este. Sudeste. Sud. Sudoeste .. Oeste .. Noroeste ..

45 40 2.3 2.3 6.3 67 70 .34

La direcccion media, segun la fórmula de Lambert, es V= 56 1 17 grados. El ángulo V está formado con la meridiana, en el espacio comprendido entre el sud y el oeste, puesto que el numerador de la relacion con que se calcula su tangente es negativo • . Influencia de las estaciones.-Por ser más cálido el suelo que la superficie del mar durante el verano, y menos cálido durante el invierno, los vientos de mar deben dominar durante el verano y los vientos de tierra durante el invierno; que es verdaderamente lo que se verifica y ~observó igualmente Franklin en América; en Europa, los vientos vienen del oeste, particularmente en verano. Observaremos, además, que la hora del día ejerce una influencia muy marcada en la direccion media del viento. En las costas y en

807 las montañas, intervienen evidentemente las brisas en estos resultados; mas c·omo la configuracion del suelo, el estado de su superficie, la direccion de los valles, la proximidad de las aguas y otras causas, ejercen una iníluencia tan variable, es materialmente imposible poder precisar nada general con este objeto. Así, pues, debe e~tudiarse cada localidad en particular, si se quiere definir com. pletamente el clima. No hay duda que el conocimiento de la marcha de los vientos regulares y la de los , vientos dominantes tienen una gran importancia _para la. navegacion y la é!imatología. Hoy dia se sabe que el conjunto de los vientos está sometido á una marcha general regular y qne su inconstancia proverbial se aplica sóÍO á los casos menos frecuentes, por lo mismo, sólo se estudian con detencion sus direcciones en el mar y en la tierra. Lartigue parte de dos corrientes polares y de los vientos alisios como base, llamándoles vientos primiti'vos, y se ocupa luego de los vientos variables á varias latitudes, estudiando los movimientos generales de los mismos y sus distintas fases. Ley de rotacion del viento. - Más allá de . los trópicos, los vientos se producen muchas v~ces por el choqüe de varias corrientes, principalmente del viento de noreste, que hemos señalado en las regiones polares y el del sudeste, que viene del ecuador. De este encuentro resultan vientos circulares ó torbellinos, estudiados por Dove, que aparentan sucederse en un órden determinado, con cambios anu~les del límite de separacion de los dos vientos. Estos torbellinos, producidos por el encuentro de la corriente po~ar y la corriente ecuatorial, cambi:m, en general, en sentido del movimiento aparente del sol, y giran en el hemisferio boreal, en el sentido norte, este, sud, oeste; y en sentido opuesto en el otro hemisferio. Esto es lo que constituye la ley de rotacion de Dove. La veleta, que se coloca siempre perpendicularmente al radio del torbellino, gira, pues, poco á poco, de ·180 grados á lo más,- en un tiempo que depende de la velocidad de traslacion, que puede variar de 24 h;ras á algunos meses .

808

FÍSICA INDUSTRIAL

Para reconocer esta ley se requieren muchas observaciones, con motivo del sin número de causas de perturbaciones que pueden ocultarla, tales como los vientos periódicos, los huracanes, los torbellinos accidentales producidos por el choque de los vientos, ocasionados po_r la configuracion del suelo. La ley de rotacion de Dove puede_ establecerse, ya por medio de pruebas directas, deducidas de Jas observaciones del barómetro y del termómetro, ya por medio de los anemómetros registradores. Varias son las observaciones que se han hecho para comprobar esta ley: en Liverpool, M. Hartnap halló para la media de cuatro años, 25'5 rotaciones completas directas, es decir, conformes á Ja ley, y 9 re!rógradas. En Greenwich, el exceso medio de las rotaciones directas fué de 13'5. En 1853 se presentó una anomalía, puesto que las rotaciones retrógradas que se produjeron, fueron una ó dos más que las directas; pero debe observarse que aquel año presentó grandes irregularidades.en la marcha de las temperaturas. Quetelet halló en Bruselas, para los excesos anuales medios, o'8 en invierno, 4'8 en la primavera, 7 en verano y 1 en otoño. En Karkov, M. Lespshine halla, para el exceso medio anual, el número de 15. CARACTERES Físrcos DE Los VIENTOS. - Independientemente de la velocidad y de la direccion, debe considerarse en el viento su temperatura, su estado de humedad, el polvo de que puede estar cargado, etc. Temperatura.-La temperatura del viento depende de las regiones que atraviesa . En general, los vientos del S. y de mar son calientes y húmedos;· los vientos del N. y de tierra son frias y secos. Cuando el viento recorre un país húmedo, activa la evaporacion y se enfría. La temperatura del viento que viene de una direccion dada varia segun las estaciones, que modifican el estado de Ja superficie del suelo. En la parte occidental de Europa, la temperatura de los varios vientos va creciendo cuando, partiendo del noreste, que se encuentra en la direccion del" polo del frío, se da la vuelta á la rosa pasando primero por el norte. Estos vientos afectan el barómetro de modo que baja cuando, partiendo del noreste

se recone la rosa en el sentido que acabamos de indicar. Se puede decir, pues, que los vie·ntos calientes hacen bajar el barómetro y que los vientos frias le hacen subir. La fig. 42 representa la rosa barométrica de los vientos y puede representar tambien la inversa de la rosa termométrica, considerando los puntos de la curva más apartados del centro como correspondientes á las bajas temperaturas y recíprocamente . La ley que precede no está exenta de excepciones locales. Por ejemplo, el viento d_e l S., conocido con el nombre de mistral, ~s muy frio en el Rhone, á causa de su paso por las cercanías de los Alpes, cubiertas siempre de nieve. En Provenza, los vientos del E., que atraviesan estas montañas son frias, mientras que en Lombardía, son los vientos del O. los que se encuentran en este caso. Como ejemplo, hé aquí las temperaturas medias de los varios vientos á las tres de la tarde, en París, durante las varias estaGiones: N. E. E. - SE. Invierno . . . 3°,6 1º,2 2°,5 5º,7 Primávera . . 13,7 14, 9 17 ,8 26,6 11eral/o. . . . 27,2 28,1 30,0 32,8 Otoño.. . . . 14, 8 14,3 16, 1 19, 1 A íio entero.. 1.5,2 14.7 23 ,1 19,1

ro.

8°,3 20,3 29,5 19, 4 19 .3

10°, 8 18,2 26,6 15, 6 18,6

8°,8 16,8 26,0 16,8 17,0

6°,o 14,6 2.5,8 15,7 15 ,.5

Vientos cálidos de los desiertos. - En los desiertos del Africa, de la Arabia y de Persia, se observan vientos secos y abrasadores que levantan la arena y la transportan á grandes distancias. Estos vientos, que han recibido varios nombres, segun las localida9-es, hacen bajar el barómetro, secan las plantas y producen en los hombres y los animales efectos cuya causa es debida á la alta temperatura y gran sequedad promovida por aquellos. La respiracion es jadeante, se irrita la garganta y se siente una gran sed; los labios, los ojos se secan y producen dolor; se activa la evaporacion, motivando una irritacion en la piel seguida á veces de grietas. Los habitantes de ciertos países se untan con grasa ó barro, para preservarse de estos últimos efectos. Elsimoúm,samunó sumu(del árabe samun, venenoso y caliente) sopla del sud, en el desierto de Sahara. Se presenta en el momento de mayor calor del dia; el suelo arenoso, fuertemente calentado, y el aire dilatado, levantan el polvo, aunque la calma sea completa,

MOVIMIÉNTOS DE LA ATMÓSFERA Y DEL VIENTO

como lo ha_observado Pottinger. Hácia el S. se observa una mancha oscura que va creciendo poco á poco; toma la atmósfera un tinte rojizo debido á la arena levantada, y, velado el sol por esta especie de niebla, ya no produce sombras. El viento transporta la arena como las olas del mar, formando promontorios de siete metros de altura á veces, cuya forma vada á cadainstante. Muchas caravanas han quedado sepultadas en esas arenas movedizas. Los viajeros sorprendidos por el simoum se envuelven la cabeza para que no les moleste el polvo. Este polvo se transporta á veces á través del Mediterráneo hácia España, y hasta Sicilia y tambien á Italia, en donde el viento que lo transporta, recibe el nombre de sirocco. Sin embargo, Kaemtz dice que el sirocco nace en las rocas áridas de Sicilia, y el solano de España en las llanuras de Andalucía. El harmattan sopla en Guinea, en diciembre, enero y febreroi se dirige al mar y generalmente es poco intenso. Transporta una arena fina y blanca, tan espesa á veces, que oculta el sol. El termómetro puede alcanzar 40 grados al sol y hasta 29 grados á la sombra. Es tan seco este viento, que la madera de las puertas y de los muebles, se deforma hasta el punto de hendirse. El chq,m 1_ln es peculiar de Egipto; sopla en la época del equinoccio de primavera y dura cincuenta dias, corno indica su nombre. Existen vientos calientes que guardan mucha analogía con los de los desiertos, en las llanuras cubiertas de vegetacion, como en la India, en Chile, Luisiana, los Llanos del Oronoque, de los cuales aun no ha podido esplicarse satisfactoriamente su formacion, así como tampoco la de las llanuras áridas. Babmet emite la opinion de que provienen de masas de ah-e empujadas de las regiones superiores de la atmósfera á las c~pas inferiores. Este aire, muy seco, se deseca aun más al calentarse por la compresion que esperimenta al bajar. Cita Babinet como ejemplo de ello, una masa de aire que descendiendo de las montañas de Candia hácia las llanuras de Famagouste, en la isla de Chypre, destruyó todos los vegetales que encontró á su paso. De todos modos, falta aun encontrar las causas que puedan, en ciertos países, lanzar así el aire de las regiones superiores de la atmósfera FÍSI<;A, IND

hácia la superfici0 de la tierra. Algunos físicos dan un origen eléctrico á este fenómeno. Huracanes y tornados. -Los huracanes son vendabales que se elevan bruscamente y abarcan un espacio circunscrito, en el cual el movimiento del aire afecta varias direcciones; van a.::ompañados de lluvia y á veces de granizo y truenos. Cuando el metéoro ocupa un espacio poco extendido, se le llama tornado. Estos fenómenos, señalados primero por Brandes, han sido estudiados muy especialmente por Espy, al cual se debe una esplicacion, rectificada en varios puntos y completada despues por navegantes que los han observado en varios mares. En los trópicos es en donde principalmente se producen, y en los mares que contienen grupos de islas y en donde reinan los monzones. Son muy frecuentes en las épocas de cambio de los alisios y de los monzones. Hé áquí como los esplica Espy. Por la direccion de los árboles arrancados al mismo tiempo, deduce que cerca del suelo, el movimiento del aire del tornado, va de su contorno á una.region central, circular ú ovalada, en cuyo centro existe una corriente ascendente de aire caliente, extraordinariamente rápida, en la cual permanece bajo, el barómetro. Al elevarse la columna ascendente tiende á enfriar~e, desprendiendo calor por la condensacion de la humedad que contiene. Espy prueba la existencia de este efecto calorífico enrareciendo rápidamente el aire en un vaso que denomina ne/elóscopo, y hace ver que el enfriamiento es mucho más pronunciado cuando el aire es seco que cuando es húmedo y deja condensar su vapor. Esplica Espy la columna ascendente, por el calentamiento del aire al contacto del suelo de las islas, y por la condensacion de los vapores del aire muy húmedo, de lo cual resulta una especie de tiraje intenso. Interviene además otra causa, interpretada principalmente por Keller, en la cual desempeña un papel especial el movimiento de la tierra. Supongamos que el fenómeno se verifique entre el ecuador y el trópico: en el hemisferio norte. Las masas de aire aspiradas de las regiones polares, están animadas de una velocidad del oeste al este, menor que la del centro hácia el cual se dirigen, permaneciendo, pues, retrasadas, yapaT. II, -102

810

FÍSICA INDUSTRIAL

rentando marchar hácia el oeste. Por el contrario, las que vienen de las regiones ecuatoriales, están animadas de velocidades mayores y se inclinan al este. Estos dos movimientos contrarios forman una especie de par mecánico que determina un movimiento giratorio el cual produce un efecto centrífugo que separa el aire, produce una disminucion de presion, y determina cerca del suelo una aspiracion convergente de aire hácia el centro del metéoro. En el hemisferio sud, el movimiento giratorio se verifica en sentido opuesto, como es fácil prever, cuyo sentido es entonces el del movimiento de las agujas de un reloj. Si el movimiento de rotacion se forma bien, se desarrolla el tornado durante su marcha y se transforma en ciclon. Ct'clones. - Llamados tt'jones en el mar de las Indias y huracanes en las Antillas: estos fenómenos tan temibles se forman entre los trópicos, casi á la misma latitud que el sol. Un ciclan consiste en un torbellino horizontal de aire, de 250 á 400 kilómetros de diámetro en su origen, que gira de este á oeste por el polo más próxt'mo, como los tornados. Hácia el centro, en donde el barómetro permanece muy bajo, se produce una calma turbada á menudo por ráfagas y cambios bruscos de tiempo. El máximo de velocidad de rotacion, hácia el centro del radio del circuíto, es de 200 á 250 kilómetros por hora. En el Atlántico norte, el metéorq se aleja del ecuador con una velocidad de 15 á 45 kilómetros por hora, va perdiendo en violencia y aumentando en diámetro, describiendo una curva convexa hácia el oeste, y acabando por alcanzar los espacios de Europa. La figura 43 representa el trayecto e D a r seguido por un ciclan, en agosto de 1848, en el océano Atlántico; e e e' e' es la region de las calmas, E E el ecuador, P el límite superior del alisio del noreste. La direccion del viento en un punto del torbellino es la de la resultante de las velocidades de rotacion y de traslacion, y depende de la relacion de estas velocidades y tambien de los efectos de la fuerza centrífuga. Se ve que las velocidades se suman en a, mientras que se restan en r, llegando á veces á destruirse. Al lado D a se le llama borde peligroso, en el cual las dos velocidades sobrepuestas pueden alcanzar 250

kilómetros por hora. Al llegar ~l torbellino al graclo 45 de latitud, se encuentra ya tan debilitado, que desaparece el lado r opuesto al ecuador, por destruirse los dos movimientos. A udran a tri bu ye esta desa paricion á otra causa; supone que el plano del ciclan, horizontal al ecuador, por su tendencia á permanecer paralelo á sí mismo, va siendo más y más oblícuo al horizonte, á medida que se aproxima al polo, de modo que la parte r se encuentra pronto demasiado alta para poderla observar. Un ciclan lo origina un tornado que sale de la region de las calmas del ecuador, en donde ordinariamente está mantenido por la convergencia de los alisios. En la época en que la capa de aire ascendente del ecuador, despues de haber avanzado hácia el polo no{te, principia á retroceder, se verifica un de--1. sórden en los alisios que permiten al tornado abandonar la region de las calmas. Entonces se extiende por efecto de la fuerza centrífuga y sube á suficiente altura para que le arrastre el viento de retorno de los alisios. En el centro del torbellino, baja el barómetro, al igual que en el centro de un inmenso ventilador, mientras que sube en el contorno; se tiene el ejemplo de un viento que sopla de una region en donde la presion es escasa, hácia otra en donde es mayor. En el centro se verifica aspiracion, precipitándose allí en todas direcciones el aire de las regiones superiores y particularmente tam bien de las regiones inferiores, en donde la resistencia del suelo dificulta la rotacion. El aire enfriado por su expansion centrífuga da lugar, cerca del contorno, á una abundante precipitacion de vapor que obscurece el cielo y produce lluvias torrenciales acompañadas de truenos formidables, mezclándose con la lluvia el agua del mar absorbida por el viento que la arrebata de las crestas que .forman las gigantescas olas. En el centro, puede presentarse el cielo puro, no así el mar, que siempre está muy agitado, elevándose notablemente su nivel, á causa de la débil presion que allí existe. La persistencia del torbellino durante su marcha se explica por la diferencia de las velocidades, de que, á causa del movimiento de la tierra, están animadas, paralelamente

MOVIMIENTOS DE LA ATMOSFERA Y DEL VIENTO

al ecuador, las masas de aire procedentes del norte y del sud, con relacion á la del centro del ciclen; y como la cantidad de gas que afluye particularmente de arriba, es mayor que la que ,esparce al exterior, á causa de la condensacion de los vapores, la fuerza viva cedida por la parte condensada compensa la resistencia del roce. Estudiada á fondo esta cuestion por Peslin, observa que la conservacion y el desarrollo del metéoro son tanto más estables cuanto más húmedo sea el aire que afluye. Los efectos de los ciclones son inconcebibles. En las Antillas, en las costas orientales de la ,América del norte, en el océano Indio, en los mares de la China, es en donde desarrollan toda su fuerza. Se han visto poblaciones completamente arrasadas, objetos arrastrados con la velocidad de una bala de cañon; impelido el mar por la violencia del viento, , se le ha visto inundar inmensas regiones, destruyendo todos los obstáculos que se oponian á su paso, transportar los buques á grandes distancias en tierra, abandonándoles despues. El mayor ciclon de que se tiene memoria es el que atravesó las islas próximas al delta del Ganges, el 3 r de octubre de 1876. A las once de la noche, no se tenia ningun indicio de tempestad y á media noche habían sucumbido 115,000 habitantes. Tres olas de 5 á 6 metros de altura, levantadas por el viento, habian barrido sucesivamente una superficie de 80,000 hectáreas y ahogado los dos tercios á lo menos de los desgraciados habitantes, sorprendidos durante el primer sueño. Solo se salvaron los que pudieron refugiarse en los árboles; en cuanto á los edificios no hubo ninguno que resistiese un choque tan violento. No paró en esto el desastre; desarrollado el cólera por las exhalaciones de los cadáveres y por la falta de recursos alimenticios, se aumentó considerablemente el número d·e víctimas, que alcanzó la enorme cifra de 250,000 almas. Generalmente, la tormenta pasa en dos veces por una region. Despues del primer choque, viene la calma, que es ~uando se está en el centro del torbellino; luego, al cabo de algunas horas, se produce un nuevo choque, producido por el paso del segundo lado.

8t I

Las costas occidentales de Europa están castigadas á menudo por estos metéoros, afor.tunadamente debilitados por su extension, pero que conservan sin embargo gran parte de su potencia destructora. Por lo demás, las condiciones de formacion de los tornados y de los ciclones, puede verificarse tambien en nuestro continente, si bien no son tan frecuentes ni tan intensos como los procedentes del Atlántico. Indicaciones del barómetro. - Cuando el mercurio baja rápidamente en tiempo muy caliente, es prueba evidente de tempestad. Así que esta se declara, el mercurio e~perimenta oscilaciones muy extensas. Scoresby observa que la tempestad principia cuando cesa de bajar el barómetro. Este instrumento permite pues prever con anticipacion las tempestades en el lugar en donde se observa. Por esta causa los navegantes deben observar frecuentemente el barómetro. Los movimientos del mercurio antes y durante las tempestades han permanecido mucho tiempo sin explicacion. Así se buscaba la causa á distancias inmensas á veces, puesto que los movimientos atmosféricos se propagan á lo lejos, más generalmente en línea curva que en línea recta, con velocidades muy variables. Par:a determinar algunas leyes de estos movimientos complicados, se debian reunir un gran número de observaciones que, _sin ninguna significacion tratadas aisladamente, comparadas entre sí se aclarasen mútuamente. · Mapas sinópticos. - Y a hemos tratado al principio del sistema de observaciones simultáneas de Lavoisier, relativas á la prevision del tiempo. En 1842, Piddington trató de emplear el telégrafo de Chappe para comunicar á los puertos la proximidad de los huracanes, y, en 1852, los fundadores de la Sociedad meteorológica de Francia propusieron, con el mismo objeto, util.izar los hilos telegráficos. Estaba esto en proyecto cuando, durante la campaña de Crimea, estalló en el maf Negro un huracan desastroso el I4 de noviembre de 1854, seguido, poco tiempo despues, de un vendaba! que se propagó en Europa occidental, en Austria y en Argelia. Entonces concibió Leverrier. el proyectp de una vasta organizacion meteorológica que se planteó en 1855.

812

FÍSICA INDUSTRIAL

El observatorio de París está en relacion hoy dia con :un gran número de estaciones repartidas en toda la superficie de Europa. Las observaciones que se hacen á las 8 de la mañana, se transmiten á París por telégrafo; generalmente antes de las r r y se publican en el Boletín internacional. Se s(;!ñalan luego en un mapa sinóptico del modo siguiente: en cada estacion, el estado del cielo se indica con un pequeño círculo, negro cuando llueve, blanco cuando hay buen tiempo, contiene un punto en el centro cuando está nublado, y presenta un contorno grueso cuando está cubierto (fig. 44); al lado se inscribe la altura barométrica, de la cual se suprime la cifra 7 para simplificar. La direccion del viento se indica por un trazo que termina en el pequeño círculo, del lado por donde sopla, y su fuerza por medio de rahitas cuyo número varia de o á 6. El estado del mar se representa por puntos, de r á 9, tanto más numerosos _cuanto más agitado se halle. Se trazan luego en ·el mapa las líneas isobáricas, es decir, de igual altura barom étrica, variando la presion, de una á otra, de cinco milímetros, á partir de 760 milímetros. Trazado el mapa y observado diariamente, dará á conocer el estado de la atmósfera en · Europa y los carr:bios que se pryparen. Se remite un resúmen de los resultados á los puertos de mar francese~ y á los jefes de los _servicios meteorológicos del extranjero, junto con apreciaciones sobre el tiempo probable del dia siguiente. Orígen de las tempestades en Europa.Trazados algunos de estos mapas sinópticos por Marié-Davy, observó con detencion la marcha de las tempestades del Océano hácia

nuestras costas, y la forma de las curvas de igual presion, que se presentan cerradas entonces y circunscribiéndose mútuamente. (figura 44). Observó tambien que las primeras señales de una tempestad se manifiestan, en las costas occidentales de Europa, por in!lexiones de estas curvas, cuya concavidad mira al oeste; sube el viento por las costas noroest~ de Francia y de Inglaterra, presentando una tendencia muJ mamada en girar alrededor de un centro de presion, cuya posicion está claramente indicada por las curvas qu.e forma el centro de la tempestad. Desde luego, reconoció Ma,:ié-Davy que estas tempestades vienen de las regiones intertropicales, y no son más que ciclones propagados hasta las comarcas europeas. Segun esto, las tempestades nacen, en forma de tornados y de ciclones, principalmente en el gulf-stream, lo cual confirman las observaciones de Leverrier y de los navegantes. Conocido este importante descubrimiento, se organizaron servicios meteorológicos en los puertos, en los cuales se trazan diariamente mapas sinópticos que permiten en las formas de las curvas isobáricas la presencia de centros de depresion que anuncian la existencia de los torbellinos al avanzar hácia las costas occidentales de Europa. El telégrafo se encarga luego de advertir á los puertos, con varias horas de anticipacion, la llegada de la tempestad, y así se pueden tomar todas las medidas necesarias para evitar accidentes. El cable permite tambien recibir de las costas de América, y con algunos días de anticipacion, noticias de la formacion de ciclones, su intensidftd, rapidez de marcha y direccion del mismo.

CAPÍTULO IV Metéoros acuosos ó hidrometeoros.

HIGROMETRIA

llaman hidrometéoros ó meteoros acuosos los fenómenos atmos) féricos como el rocío, la lluvia la nieve, etc., producidos por el va~ por de agua que contiene la atmósfera. La parte de la ciencia que estudia la humedad del aire se llama higrometria. De ella ya hemos tratado con mucha extension en el Calórico. ·Hemos explicado allí los cuerpos hig rométricos, los instrumentos llamados higrómetros para medir el estado higrométrico del aire, los higróscopos para apreciar su~humedad, los psicrómetros y los evaporómetros, así, es por demás insistir en ello. EL Rocío Y LA ESCARCHA. - Circunstancias que favorecen la produccion del rocío. - Se da el nombre de rocío á las gotitas de agua que SE¡ forman en la mayor parte de los cuerpos expuestos al aire libre, en noches tranquilas y serenas. Las . circunstancias que favorecen la formacion del rocío son de tres clases: 1. º El estado de la atmósfera: el rocío sólo se forma en noches tranquilas y serenas. Cuando el cielo está cubierto y el aire agitado, no hay produccion de rocío; sin embargo, el viento ligero le favorece, particularmente si ha rozado grandes superficiés de • 11,.c~ ~ ~"'

agua. Cuanta mayor sea la diferencia de temperatura entre el dia y la noche, más humedad tiene el aire, como sucede despues de ]as lluvias, y mayor es entonces la cantidad de rocío que .se produce. Esto sucede principalmente en la primavera y sobre todo en otoño; que es cuando se observa mayor cantidad de rocío. La situadon de los cuerpos: se observa 2.más rocío en los cuerpos situados libremente que no en los que tengan algun obstáculo que los prive la vista del cielo. En las colinas, en las llanuras, es más abundante el rocío que en el fondo de los valles, á menos que el aire frio de las laderas vaya allí y se acumule. Debajo de los árboles, cerca de los edificios ó de los muros, ó no se produce rocío, ó se produce muy poco. 3. º La naturale1a de los cuerpos: expuestos varios cuerpos en iguales condiciones, no se produce en ellos igual cantidad de rocío; para que la reciban, es preciso que sean malos conductores y que estén dotados de una gran potencia emisiva. Así, se encuentra muy poco rocío en los metales, que son buenos conductores y radian poco colérico. Casi nunca se ha observado rocío en el oro, la plata, el cobre, el estaño pulimentados, y un poco en el hierro, el acero, el plomo, el zinc. 0

FÍSICA INDUSTRIAL

Vemos pues, repitiendo lo dicho sobre los efectos de la radiacion nocturna , que las circunstancias que favorecen la formacion del rocío son tambien las que favorecen el enfriamiento de la superficie de los cuerpos. Es fácil pues, concebir la influencia que ejerce la conductibilidad; si ésta no es muy acentuada, el calo,r de las partes interiores no restituye á las capas superficiales el calor que han perdido por radiacion. Explicacion· del rocío. - Aristóteles, que habia observado que el rocío sólo se produce durante un cielo sereno, le consideraba como una especie de lluvia producida por el fria de la noche. Esta explicacion, generalmente aceptada entonces, es incompatible con la desigual deposicion del rocío eri todos los cuerpos. Se supuso hlego que el rocío se elevaba de la tierra, en atencion á que en las campanas de vidrio con que se cubren ciertas plantas se produce una capa de rocío en su interior. Gerstenes uno de los que sostiene estaopinion; Musschenbroek supone que hay tres clases de rocío: Úno que sale de la superficie de las ag uas, otro de la tierra y otro de la atmósfera. Teoría de W ells.-Para probar Wells que el rocío no cae como lluvia, coloca dos copos de lana, de ~·53 gramos de peso cada uno, uno al aire libre y el otro en el fondo de un cilindro vertical de tierra cocida, de So centímetros de altura y de 32 de diámetro, el primer copo se carga de 0'85 gramos de humedad, y el otro de o -r r gramos solamente, con un tiempo tranquilo. Despues de haber observado que un termómetro colocado sobre yerba pequeña marcaba 4, 5 y hasta 8 grados menos que otro termómetro colocado á I metro sobre el suelo, explica Wells la formacion del rocío; como sigue: Los cuerpos colocados en la superficie de la tierra radian hácia el espacio, enfriándose tanto más su superficie cuanto mayor sea su potencia emisiva y sea mayor tam bien la cantidad de cielo que puedan ver ; enfriada la ténue capa de aire que les rodea, por su contacto, se satura.prontamente á causa del vapor que cap.tiene, deponiéndose este en forma de rocío; ~orno en los higrómetros de condensacion; solo que, el enfriamiento se debe aquí á la radiacion hácia el espacio. Un viento ligero, sustituirá el aire que ha depuesto su

exceso de vapor, y, por lo tanto., favorecerá la formacion del rocío; mientras ·que un viento pronunciado lo impedirá, por calentar los cuerpos con su contacto, y no dar el tiempo suficiente al aire para que se enfríe; cuanto más 'húmedo sea el aire, más fácilmente alcanzará el estado de saturacion, y mayor será la cantidad de rocío que produzca. Los metales dotados de poca potencia emisiva no se enfrian lo suficiente para condensar el vapor, comprobándolo el experimento de Prevost. Cuando hace frio, la humedad interior de las habitaciones se va deponiendo en los vidrios de las vent:rnas, enfriados por la radiacion exterior; más, si se coloca una hoja de estaño en la parte exterior del vidrio, la parte correspondiente interior permanecerá seca ó casi seca. Si, por lo contrario, secoloca la hoja de estaño al interior, se cubrirá de agua con más ·abundancia- que las partes que la rodean, por ser más débil su potencia absorvente y por tanto retiene el calor interior, que compensa en parte el enfriamiento exterior del vidrio. Experimentos de Melloni. - La teoría de Vells ha producido una verdadera revolucion en Meteorologia y ha permitido explicar un sinnúmero de fenómenos que guardan mucha analogía con el rocío. Sin embargo, esta teoría no es suficientemente completa para poder apreciar ciertos detalles que se despreciaban entonces, y que por su importancia estudió Melloni. Primeramente practicó un experimento que resume todos los que sirven de base á la teoría de Vells, con el objeto de destruir la hipótesis de la ascension del rocío. Tomó un disco de hoja de lata m n (figura 45) cuya parte central v v' estaba cubierta con una capa gruesa de barniz. Otro disco del mismo metal a a', de 10 milímetros menos de diámetro que el primero, est4 colocado á cinco milímetros ·d e distancia de aquel y sostenido por una espiga central. Colocado horizontalmente este aparato al aire libre, en cielo claro, la parte barnizada que sobresalía de cinco milímetros del disco a a' se enfrió por rad.iacion y se cugrió de. rocío; comunicándose despues el fria á las partes contiguas, avanzaba el rocío hácia el centro y hácia la circunferencia, en donde la propagacion fué más rápida, puesto que una vez humedecidas 1

HIGROMETRIA

sus partes, radiaban hácia el espacio. Lo que particularmente debe observarse es que la parte inferior del disco m n se cubrió de rocío, exactamente en los mismos puntos que la parte superior y al mismo instante en los puntos correspondientes. El disco superior a a' permaneció seco, lo cual demuestra que el rocío no se desprende de la atmósfera, ni tampoco viene de la tierra, puesto q u.e la parte central de debajo del disco m n permaneció seca. Conocido esto, demuestra Melloni que la formacion del rocío va precedida de un enfriamiento de la capa de aire que toca al suelo. Si se trata de una pradera, enfriadas las puntas de las yerbas por radiacion, hacen bajar la temperatura del aire que las toca, el cual corre á lo largo de los tallos, se calienta al contacto con las partes inferiores, vuelve á subir, continuando de esta suerte; de modo que, al cabo de cierto tiempo, queda rodeada la yerba de aire estancado, más frío que el que toca su extremo superior, q lie es lo que resulta de la observacion directa. Tanto puede enfriarse la yerba, que resulte quedar más fria que el aire que esté en contacto con ella. Para demostrar la influencia del aire estancado y frio alrededor de los, cuerpos su bdivididos, expuso Melloni dos termómetros á la radiacion nocturna, cubierto con una capa de negro de humo el uno y con un copo de lana ó de algodon el otro. Al cabo de algunos , minutos, bajó este dos veces más que el primero, por no poder salir el aire enfriado por el contacto con los filamentos. Al condensarse el copo el enfriamiento era menor. La existencia de la capa de aire frio estancada explica ciertos hechos que, á primern vista, parecen estar de acuerdo con la opinion de que el rocío se exhala de la tierra . Así, la parte media de la yerba se cubre de rocío a·ntes que su punta, á causa de que el airefrio baja hácia el suelo. En una placa cubierta de tela encerada que se coloque cerca de la tierra, se podrá producir rocío debajo, antes que en la: parte superior, á causa de que el aire frio que pasa por allí permanece en reposo, mientras que el que toca la parte superior, puede cambiar continuamente. En la cima de los árboles no se produce rocío, por caer_el aire enfriado por entre las hojas, reempl~zán-

dose continuamente. Los buques _en alta mar no reciben rocío, por no existir enfriamiento del aire al contacto con las aguas, puesto que baja apenas la temperatura durante la noche. Lo mismo acontece en las islas pequeñas, como son las de la Polinesia; el aire que las cubre se mezcla con el del mar, lo cual favorece los vientos alisios. En ciertos mares, particularmente en el de la India, se conoce en los buques la proximidad de las costas por el rocío depuesto en los cordajes; debido á que la brisa de tierra conduce el aire enfriado durante la noche y aproxima el punto de saturacion; en los países áridos, como son los desiertos de A frica y de Asia, conocen los viajeros la proximidad de los lagos y de los rios por la aparicion del rocío. EscARCHA.-La qscarcha ó hielo blanco se forma como el rocío: cuando la temperatura de los cuerpos desciende bajo cero, lo cual tiene lugar en la primavera y en otoño, la humedad del aire pasa al estado sólido, sin pasar por el estado líquido, y forma una capa de estructura cristalina constituida por pequeños cristales perpendiculares á la superficie de los cuerpos. Tambien se pretende que la escarcha es el rocío congelado; más, se comprende que no puede ser esto por no existir antes _como ya hemos dicho, el estado líquido; t'i así fuese, se obtendrían pequenos pezones de hielo amorfo y transparente y no cristales opacos, aglomerados en forma de prismas implantados unos al lado de otros. Las capas de hielo arborescentes que se observan durante el invierno en los vidrios de las habitaciones, se forman del mismo modo que la escarcha. Decharme, produce una especie de escarcha a1 ti ficial que p~rmite a preciar la formacion de la.s cristalizaciones. Se sumerge verticalmente en sulfuro de carbono una tira de papel esponjoso, .por el cual sube por capilaridad el líquido. Al cabo de algunos minutos, se ve formar á cierta altura un depósito de escarcha, producido por la humedad del aire condensado por el frío debido á la evaporacion del sulfuro de carbono. Decharme, encuentra una gran analogia entre las formas de los pequeños cristales

FÍSICA INDUSTRIAL

aglomerados en la escarcha artificial y las formas de los del hielo blanco. El sulfuro de carbono puede substituirse con otros líquidos vGlátiles; por ejemplo, el cloroformo, con el cual se obtiene más semejanza con la escarcha natural. Escarcha espedal.-Sidespuesdeun viento caliente y húmedo sopla un viento vivo y persistente, todos los cuerpos se cubren de una capa blanca cristalina que, en los árboles y en las telarañas, forma como una especie de guirnaldas muy brillantes al herirlas los rayos del sol. Estas producciones se conocen igualmente con el nombre de escarcha, á pesar de su origen distinto, puesto que la baja temperatura de los cuerpos no se debe en este caso á la radiacion nocturna; tanto es así, que esta especie de escarcha se forma indistintamente durante el dia como durante la noche. Drosómetro.-La cantidad de rocío que recibe anualmente un país es un dato muy importante que debe tenerse en cuenta. A pesar de que representa una cantidad muy insignificante de agua, con todo, atenúa en parte los efectos de la sequedad en las plantas y, en los climas fríos, impide que se hielen, por cederles el calórico latente del vapor que se condensa. Si este vapor pa~a al estado de escarcha, cede aun 80 calorías, y constituye una envolvente preservadora á causa de su mala conductibilidad. Pocas son las observaciones que se han hecho relativas al rocío. En unos casos se cuenta el número de noches que se ha depuesto; en otros, se mide la capa de agua que representa. Los instrumentos que se emplean para ello se llaman drosómetros. Flangergues, empleaba una placa de metal pintada al óleo, y Gasparin un plato de vidrio; se coge el agua que chorrea de la superficie y se tiene en cuenta la que queda adherida, partiendo siempre de experimentos anteriores. La posicion del instrumento y la potencia radiante de la materia que le constituye ejercen una gran influencia en los resultados; por cuyo motivo las cifras encontradas son muy inciertas; si se tiene en cuenta, además, la poca extensicm de las cantidades medidas. Se ha observado que el rocío que se deposita

anualmente en el mediodía de Francia y de Italia representa una capa de agua bastante mayor que seis milímetros. En octubre, noviembre y mayo es cuando se deposita mayor cantidad; muy poca en enero, febrero, marzo y abril; y en agosto algo más que en mayo. Metéoros debidos á la condensacion del vapor · en la atmósfera.

CONDENSACION DE LOS VAPORES l!N LA ATMÓSFERA.-Al enfriarse una masa de aire por una causa cualquiera, de modo tal que se sature por el vapor que contiene, este vapor se precipita en forma de gotas de agua extraordinariamente pequeñas, que permanecen en suspension á causa de su poco peso, al igual que el polvo fino y seco que flota en el aire á pesar de la gran densidad de cada partícuia. Estas gotitas de agua enturbian la transparencia del aire y forman las nieblas ó las nubes segun se presenten cerca de la superficie de la tierra ó en las regiones elevadas de la atmósfera. Es fácil reproducir en pequeña escala la niebla, dejando escapar aire húmedo comprimidÓ, ó practicando rápidamente el vacío en un recipiente, con lo cual se nota como una especie de humo blanco que se disipa así que se pone en contacto con las parecles del vaso. En lós recipientes de aire comprimido se observa igualmente la precipitacion del vapor al restablecer la presion atmosférica. EL vapor del agua caliente produce tambien niebla al contacto con el aire frío. Vapor vesicular.-Para explicar la suspension de Las partículas que constituyen las nieblas y las nubes, se suponía que est&s partículas eran huecas, estaban llenas de aíre saturado y eran suficientemente ligeras para flotar en el aire, por cuyo motivo se les díó el nombre de vapor vesicular. Kratzensteín ha hecho muchos experimentos sobre las pretendidas vesículas y sus propiedades ópticas, y hé aquí los principales argumentos que aduce para probar su existencia. 1. º Las partículas de la niebla rebotan sobre el agua ó sobre los cuerpos secos, pero esto tambien lo hacen las gotas de agua; cuando se golpea el agua con un baston, en tiempo _seco, se ven rodar las gotas por la superficie sin mezclarse con el líquido.

HIGROMETRIA

El arco iris no se produce en las nubes como en las gotas de lluvia, debido á que las gotas de las nubes son tan extraordinariamente pequeñas que los rayos coloreados que reflejan son demasiado ténues para impresionar el ojo. Esto prueba, además, que las partículas que componen las nubes y las nieblas no son huecas, sino que reunen los rayos del sol al igual que los lentes, como se ve observándolas con microscopio. Además, las nubes nointerceptarian tan completamente los rayos luminosos si estuviesen formadas por vesículas huecas; por último, estas vesículas se juntarían transformándose en gotas llenas, por la cohesion que posee el agua, sucediendo que el aire interior pasaría al exterior despues de haberse disuelto en la película líquida excesivamente delgada que constituye la envolvente. - No hay ningun hecho que pruebe la existencia del vapor vesicular y como no es indispensable para explicar los fenómenos, debe renunciarse completamente á semejante hipótesis,· que lo más que hará será entorpecer la marcha de la ciencia. Recientemente, Plateau ha suministrado un nuevo argumento en contra del vapor vesicular. En una estrecha probeta invertida mantiene una columna de agua por la presion atmosférica, y arroja por medio de un tubo á la superficie inferior de esta columna la niebla de un vaso que contiene agua ~n ebullicion; los glóbulos. líquidos no introducen ninguna burbuja de aire en la columna, mientras que las burbujas de agua de I milímetro de diámetro y llenas de aire, puestas en contacto con la columna de agua, se mezclan con ella y producen una burbuja de aire que sube por el interior de la probeta. Nubes y sus formas. - Las formas de las nubes son muy variadas; sin embargo, se las ha podido reducirá algunos tipos principales. Howard y Lampadins distinguen las siguientes formas (fig. 46). Los cumulus, nubes de contornos redondeados, amontonadas, y cuya superficie inferior se presenta casi plana y horizontal. Se las observa principalmente cuando hace calor, por cuyo motivo se las llama tambien nubes de verano. Los stratus, dispuestas por capas horizon2. º

Fis1cA lND.

tales, que aparec,m principalmente á la puesta del sol y desaparecen á su salida. Los cirrus, que ofrecen el aspecto de grandes copos ligeros, distribuidos con irreguiaridad; se presentan cuando, despues de un buen tiempo, principia á bajar el barómetro y sopla el viento del Sud. Los cirrus son las nubes más elevadas, cuya altura puede alcanzar más de 7,000 metros; están formadas por pequeños prismas de hielo en suspeJ1sion. En estas nubes es en donde aparecen los metéoros luminosos llamados halos y parhelios. Los nimbus son nubes oscuras muy extendidas en todos sentidos y las cuales producen la lluvia. Sus contornos están á veces muy bien determinados y brillantes. Entre los cuatro tipos que acabamos de citar existen otras variedades de nubes, que se denominan juntando los nombres de aquellas á que más se asemejan. Así, se distinguen los cirrus-stratus, los cumulo-stratus y los cirrocumulus. Cuando estos últimos cubren una gran extension, se dice que el cielo está abor- · regado. Para distinguir bien Üi forma de las nubes, se amortigua su gran brillo mirá~dolas á través de un vidrio szul ó con un espejo de vidrio negro. Entonces se distinguen un sinnúmero de particularidades que escapan á simple vista. Por lo demás, observadas de cerca las nubes asemejan á las nieblas. La altura de las nubes es muy variable. La niebla puede considerarse como una nu,be que toca á la tierra. Situado Gay-Lussac á 7,000 metros de altura, observó cirrus que consideraba á una altura de 5,000 metros, la cual daba un total de 12,000 metros, á cuya altura la presion es de 60 milímetros y la temperatura de - 34 grados. La region en donde se forman más nubes es aquella en donde la temperatura decrece con más rapidez, esto es, á unos 3,000 metros. Formas de las nubes.-Los vapores producidos en la superficie de la tierra por el calor del sol, tienden, á causa de su fuerza expan-, siva, á esparcirse en todos sentidos, particularmente de abajo arriba, y á formar una atmósfera de vapor cuya densidad disminuye con la altura, independientemente de la que forma el aire, cuyo gas no hace más que retardar la difusion del vapor. Si la temperaturaT. II.-103

818

FÍSICA INDUSTRIAL

fuese igual en todas las alturas y si el aire se encontrase en reposo, resultaría entonces un equilibrio en el cual cada capa de vapor tendría una fuerza elástica igual al peso de las :capas superiores. La presion h de cada capa, se podría calcular por medio de la fórH en la cual n e es el eseI log h, mula n e

pesor de la capa, H la presion en la superficie del suelo y e upa constante que depende del peso específico del vapor. Mas, como la temperatura baja á medida que se asciende por el espacio, podrá suceder que la presion h, correspondiente á cierta altura, sea superior á la tension máxima del vapor de la temperatura que allí exista. Esto es precisamente lo que se verifica con la ley del decrecimiento de la temperatura dada por la observacion. Así, pues, el vapor se condensará en pequeñas gotas en las regione:; superiores de la atmósfera. Entonces llegarán de abajo nuevos vapores, en dónde ya no soporta suficiente peso el vapor para equilibrarse con su fuerza elástica, y se formará una nube. Desde luego no debe ya buscarse como suben las pequeñas gotas, puesto que se forman despues que el agua que las constituye ha subido al estado de vapor invisible, debido á la fuerza expansiva propia á todos los flúidos elásticos. Segun los cálculos de Saigey, si el descenso de la temperatura, conforme va ascendiéndose por el espacio, fuese unas cuatro veces más lento, ya no se condensaría el vapor y por lo mismo no se formarían nubes. Este origen de las nubes no es el único que se explica. tos vapores terrestres pueden tambien transportarse á una gran altura por las corrientes ascendentes de aire, motivadas por el calentamiento del suelo. Estas corrientes dan lugar ordinariamente á la formacion de los cumulus, tanto que á veces está cubierto el cielo de ellos durante el mediodía. Saussure esplica la forma redondeada de la parte superior de los cumulus, por Ja penetracion de la columna de aire ascendente en las capas altas, dibujando así estas nubes el límite superior. Entre los trópicos, los navegantes conocen lo J?Osicion de las pequeñas islas por las nubes formadas so,o re ellas. En nuestros climas, se conoce á veces la corriente de los rios

por una línea de cumulus más ó menos elevados. Al er.contrar una resistencia el viento, debida á los resaltos del terreno, á los bosques, ó al choque con ·o tro viento, se eleva con la velocidad adquirida y forma ordinariamente un nimbus. Las causas que enfrían el aire húmedo determinan tambien la formacion de nubes. Al fin de lo~ días cálidos, particularmente despues de lluvia, se forman nubes que crecen durante la noche y .e disipan al día siguiente por la mañana por la accion del calor solar. Un viento frio que penetre en el aire húmedo, un viento cálido y húmedo que penetre en el aire frío, dan lugar tambien á una precipitacion de vapor. Cuando hace calor se notan á menudo varias capas sobrepuestas de nubes, de las cuales las más elevadas son las últimas en aparecer, lo cual se esplica fácilmente. Así que se ha formadá una capa de nubes, por las causas que acabamos de enumerar, el sol calienta la parte superior, transformándose en vapor las gotitas, cuyo vapor se condensa y forma una nueva nube, que calentada á su vez por el sol, produce tambien vapor que se condensa más arriba. A veces se observa la formacion de nubes en las montañas alrededor de las cúspides aisladas, producidas por el enfriamiento del aire en las proximidades de los picos. Estas nubes se ven casi siempre arrastradas por el viento y se disipan un poco más lejos en un aire más caliente, pero se reproducen sin cesar por el aire que continuamente afluye, que se enfría á su vez, resultando una nube permanente y constituida por las gotitas de agua renovadas sin cesar. De la suspension de las nubes.-Antiguamente no se sabia esplicar el por qué las nubes se sostienen en el aire, por cuyo motivo se había supuesto la produccion de vapor vesicular. Esta suspension se debe á varias causas: á las corrientes ascendentes que se producen durante el dia, notándose que los cumulus que se forman ascienden hácia el mediodía y bajan por la tarde. Kaemtz observó .nubes en las montañas situadas debajo de él, por la mañana, las cuales

RIGROMETRIA

fueron subiendo y se elevaron sobre su cabeza de lluvia, por aumentar rápidamente eltamafío para volverá bajar por la tarde. de las mismas, las cuales, al caer, se juntan unas El viento que arrastra horizontalmente las con otras, engrosando continuamente, de gotitas retarda tambien su caida. Es induda- suerte que, por su tamaño, se puede juzgar de ble que las partículas de las nubes caen real- la altura de la lluvia. Las gotas muy finas inmente; pero, así que llegan á las capas de dican, por consiguiente, poca altura. aire más calientes y no saturadas, se evapoTeoría de Babinet. - No basta esta forrnaran, gastándose la nube si así puede decirse, cion de los nimbus para esplicar la frecuencia por su parte inferior y acabando por desapare- de las lluvias. Indica Babinet otra que percer completamente; de ahí resulta la forma mite darnos cuenta de un sin fin de particulaaplanada y horizontal de la parte inferior de ridades relativas á este metéoro. los cumulus, y los continuos cambios de forAl encontrar el viento un obstáculo, por ma que presentan las nubes. encontrarse el aire en movimiento, sube, por Señala Fresnel otra causa de suspension: un efecto análogo al del ariete hidráulico; se penetrando el calor del sol en su masa, las enfria por en-rarecirniento y, mezclándose con dilata hasta el punto de formar un conjunto las capas superiores más frias, deposita todo compuesto de gotitas separadas por el aire el vapor que excede de la cantidad necesaria á caliente y saturado, cuya densidad es menor la saturacion. Este es el rriotivo porque el que la del aire ambiente. viento de mar produce lluvia; por cuanto, reLLUVIA.-Las nubes que se ven flotar por tardado· por la resistencia que oponen las cosel aire, generalmente no producen lluvia. La tas á ~u marcha, así como tambien los árboles · lluvia procede ordinariamente de nimbus, y las colinas, impide la del aire afluyente, el que la producen desde el momento de su for- cual sube, se enfria, y produce tanta mayor macion. Sin embargo, puede producir tam- cantidad de lluvia éuanto más caliente y más bien lluvia un cumulus, siempre que, por ser húmedo es. muy húmedo el aire, aumenten las gotas que Al chocar un viento húmedo contra la verle componen por efecto de la condensacion tiente de una montaña, el aire que se pone en de nuevos vapores, concluyendo entonces por movimiento sube enfriándose y produce las caer. J_.,as gotitas así formadas, son muchas nieves eternas, de donde nacen lo'> grandes las veces que desaparecen, evaporándose an- rios. Así es que en los Alpes los vientos del oeste son las fuentes del Rhone y del Rhin, tes de llegar á la tierra. Teoría de Hutton.-La formacion del nim- y el viento del este lo es del Danubio. El enfriamiento del aire que sube por las bus puede proceder de varias ca usas. Y a en 1784, lo explicaba Hutton por medio del vertientes de las montañas, se ha observado prindpio siguiente: cuando dos masas iguales particularmente por Rozet, en los Pirineos, de aire, saturadas, y á temperaturas distintas, viendo como durante la subida de un viento se encuentran, la temperatura media de la por una pendiente bien graduada, un termómezcla es demasiado débil para que pueda metro colocado á lo alto, señalaba siempre co_ntener todo el vapor de las masas de aire un descenso menor que otro colocado al pié reunidas, por decrecer mucho más pronto la de ta montaña. Con los mismos principios se puede esplitension máxima del vapor que la temperatura; lo cual haée que al calentarse ·el aire más frie;> car por qué frecuentemente la lluvia viene toma menoii vapor para acabarse de saturar, despues del viento. Supongamos un viento que el que pierde el aire caliente al enfriarse de aspiracion persistente, y que en un model mismo número _de grados. Desde luego mento dado cesa la causa que le produce; en habrá precipitacion de vapor. El mismo resul- este caso el aire afluyente ejercerá presion en tado se obtiene si las dos masas de aire son la masa de aire que está en reposo, subirá y depondrá el vapor que contiene; es decir, que muy húmedas, sin estar saturadas. Si en las regiones elevadas de la atmósfera la cesadon del viento provocará la lluvia. La subida de las masas de aire al encóntrar se encuentran dos vientos opuestos, se podrá formar un nimbus cayendo sus gotas en forma . un obstáculo formado por ótro aire se com-

FÍSICA INDUSTRIAL

prueba con la mayor claridad con la observacion siguiente: Encontrándos e M. Tremaux en la más grande pirámide de Egipto, situado en la parte por donde soplaba un viento muy violento, observó una calma completa en el vértice, debido á que, elevándose el aire por esta cara de la pirámide, formaba un obstáculo al viento superior, como lo comprobaban los movimientos de varios cuerpos arrojados al aire, los cuales se elevaban al principio, volteaban luego · pot encima del observador y desaparecían hácia el lado opuesto de la pirá·mide. Los tornados, en los cuales una columna de aire caliente y húmedo es la que sube, producen tambien lluvias abundantes, formándose rápidamente nimbus en una atmósfera serena. Lluvias singulares.- La produccion de lluvia sin apariencia alguna de nubes se ha observado por Humboldt en los trópicos, y posteriormente se citan varios ejemplos d'e este fenómeno en las varias partes del mundo. Babinet observó una lluvia sin nubes en París. Este fenómeno dura ordinariamen te solo algunos instantes: se atribuye á una condensacion de vapor suficientemen te rápida para que las gotas alcancen inmediatamen te un gran diámetro. Sereno. -El sereno es una lluvia fina sin nube, que cae durante algunos instantes al fin de ciertos dias calientes y húmedos, cuyo fenómeno se debe al enfriamiento del aire despues de la puesta de sol. Como las gotas son tan pequeñas es fácil comprender su formacion. A veces va acompañada esta lluvia de varias substancias que toma de la atmósfera, tales como cenizas volcánicas, polvo rojo arrastrado por el viento de los desiertos, polvo de varios vegetales ... En esto consisten las llu~ias llamadas de lodo, de sangre, de azufre . Durante las tempestades, se producen otros fenómenos muy singulares, de los cuales trataremos en los metéoros eléctricos. NrnvEs.-Al formarse un-nimbus en un espacio muy frío, el vapor se condensa al estado sólido, sin pasar por el estado líquido, como en la formacion de la escarcha, y da lugar á . una. multitud de producciones ·cristalinas, que se adhieren unas á otras, y caen lentamente á causa de su poco peso; entonces se tiene la

nieve. Muchas veces esta nieve se derrite antes de llegará la tierra; observándose tambien que mientras llueve en la llanura, cae nieve de la misma nube en la montaña. Hay circunstancia s en que es posible observar directamente la precipitacion del vapor al estado sólido. En r 73 7, los académicos franceses ocupados en la medicion de un arco de meridiano en la Laponia, observaron como la atmósfera caliente y húmeda de su cámara se llenaba de partículas de hielo que flotaban, al abrir la puerta, _d ebido á la entrada del aire frio· exterior. Esto se observa frecuentemen te en Siberia y tambien en nuestros climas. Forma de Za nieve. -Los copos de nieve están compuestos de partículas cristalinas adheridas unas á otras, de formas distintas y cuyo tamaño depende de la altura de donde caen, es decir, que son tanto más gruesos cuanto mayor sea esta. Se presenta en forma de estrellas de 3, 6 ó 12 partes simétricamen te dispuestas alrededor de un eje ó de un punto y forman ángulos iguales entre sí. Para observarlas se las recoge y coloca durante un tiempo seco y friq, sobre un paño negro. Unas veces tienen un diámetro de 5 milímetros; otras veces, sólo se las distingue con un lente. Sus formas se cuentan por centenares. Scoresby dibujó 96 formas distintas en las regiones polares, reduciéndolas á 5 tipos principales. En la fig. 47 •Se ven algunas formas muy caprichosas. La forma a es la más común en nuestros climas, presentándos e particularmen te cuando la temperatura está •próxima á cero. Las figuras by e se observan á temperaturas muy distintas; cuanto mayor es el frio, más finos y delicados son los cristales; su diámetro puede alcanzar de 0'2 á 0 '3 milímetros; d es una seccion transversal de by c. Las formas e y f se observan en tiempos muy fríos. l es la seccion de un cristal de agujas herizadas, en una ó en dos caras, que alcanza á veces 5 milímetros de diámetro; tambien se presenta en forma de núcleo opaco ó transparente con agujas afiladas en todos sentidos ó en un solo plano. La forma de prismas muy pequeños de 3 ó 6 caras, transparentes ú opacos, se presenta igualmente, pero tan finos como un cabello, con una longitud de 4 á 5 milímetros.

HIGROMETRIA

La forma de pirán1ide-regular de fi caras, la observó Scoresby una sola vez . Para que las estrellas de nieve sean bien regulares, se requiere que el aire esté tranquilo, y sea frio y seco; de no ser así las estrellas se presentan irregulares, opacas ó quebradas. Las estrellas de nieve se forman sucesivamente: al formarse la nieve en tiempo frio, principia por un polvillo blanco que, visto con el microscopio, presenta la forma de pequeños tetráedros regulares. Al atravesar estos cristales las capas húmedas, va depositando el vapor moléculas en sus caras, tomando las disposiciones regulares de que hemos tratado. La forma estrellada de la nieve se puede obtener soplando burbujas de jabon durante un tiempo frio, con fo cual se forman pequeñas agujas en la película de agua, que se implantan unas en otras y afectan formas regulares variadas. .

PARTICULARIDADES QUE PRESENTA LA NIEVE.-

GRANIZO.-Cuando el aire está agitado, las partículas octaédricas se agrupan y forman pequeñas masas esponjosas, opacas ó semitransparentes, á las cuales se da el nombre de granir_o. Estos granos están cubiertos á veces de una capa de hielo transparente que indica un principio de fusion seguida de una nueva congelacion. En otros casos, la forma de los grnnos es cónica, en cuyo interior se distinguen radios que parten del vértice. En nuestros climas, el granizo cae ordinariamente al principiar la primavera. Nevisca.-Cuando la nieve que se encuentra en el suelo se derrite en parte y se congela luego, forma una especie de hielo duro de estructura irregular, á que se da el nombre de nevisca ó aguanieve. Tambien recibe este nombre la capa de hielo que se forma cuando, durante el deshielo, cae en forma de · lluvia en poca cantidad sobre la tierra desnuda y helada. Nieve roja. - La nieve se presenta á veces de un color rojo vivo muy especial, cuyo fenómeno observó Saussure en los Alpes. Este wlor lo atribuye á un polvo fino que se mezcla con la nieve á una profundidad de 6 á 8 milímetros solamente. Tambien se ha observado la nieve roja en las regiones cercanas á ambos polos.

821 ,

Bauer dice .que este polvo rojo no es más que un pequeño hongo · microscópico del género uredo y le llama uredo nivealis. Introducido este hongo en el agua se le vió reproducirse y multiplicarse, pero no ya con el color rojo, sino con el color blanco ó verdoso. Cantidad anual de nieve. - Esta cantidad e~ tanto mayor cuanto más se aproxima al polo. En el ecuador, no se observa nunca nieve al nivel del mar. En nuestros clímas, solo cae nieve durante tres meses, y consti1 20

tuye -

de la cantidad anual de lluvia. En la

latitud de San Petersburgo, forma ~ . Generalmente se supone que una capa de nieve representa una capa de agua 12 veces menos gruesa. La densidad de la nieve, muy variable segun la temperatura y el grueso de . d 1 ., 1 1os copos, vana e a .

Es muy difícil poder apreciar el espesor de la nieve, por la tendencia que tiene el viento · en acumularla en las partes huecas del terreno. Para medirla se la recibe en un evaporámetro de báscula. En nuestros climas, la nieve cae durante los frios moderados. Apenas se la observa cuando la temperatura se halla bajo -12 grados; esto consiste en que durante los grandes fríos reinan los vientos del norte, que se calientan y se desecan al llegar á las regiones menos frias. La nieve extendida sobre el suelo preserva á las plantas del frío, á causa de su mala conductibilidad. Observado por Rozet un termómetro colocado en la nieve, le vió variar de o á - 2 grados solamente, mientras que otro termómetro colocado al aire, varió de - 1 á 6'5 grados. Un termómetro situado en un reguero practicado ,en la nieve marcaba I grado menos que otro introducido en la nieve. Una simple hoja de papel blanco colocada sobre el reguero producia el mismo efecto que una capa de nieve de 5 centímetros. Durante el invierno de 1789, que fué muy riguroso, comprobó Tessier qlJe estaba helada la tierra á 60 centímetros de profundidad debajo de la nieve y hasta 92 centímetros en las partes descubiertas. Nieblas.-Las nieblas no son !Rás que nu-

FÍSICA INDUSTRIAL

Nieblas secas. - Existen nieblas que no inbes apoyadas en el suelo. Se forman á causa fluyen de ningun modo en el higrómetro y del descenso de la temperatura del aire ó por un viento caliente que atraviesa las capas in- determinan una rápidaevaporizacion muy perferiores más fria s. Si la niebla es muy espesa judicial á las plantas; vistas á través del sol se recibe el nombre de bruma. Si la condensacion presentan de un color rojo vivo. Estas nieblas se atribuyen á polvos impaldel vapor es suficientemente abundante para pables arrastrados por los vientos de A frica, ó que las gotitas caigan á medida que se van for-procedentes de las cenizas volcánicas, como mando, se dice que hay neblina. Existen nieblas tan espesas que obscurecen lo demuestra el que la niebla seca que en 178.3 completamente el dia, como sucede muy par- se extendió por toda Europa, fué precedida, con un mes de antelacion, por erupciones de ticularmente en Lóndres. Nieblas locales. - Independientemente de los volcanes de Islandia y por temblores de las nieblas generales, que cubren vastas re- tierra en Calabria, en donde perecieron más giones, existen nieblas de menos extension, de 40,000 habitantes por efecto del derrumbaque se forman diariamente durante ciertas miento de las montañas y de los edificios, y por estaciones, despues de la puesta del sol, en j el agrietamiento del terreno; cerca deislandia los lagos y en los rios ó en las praderas bajas surgieron nuevos volcanes del fondo del mar, y húmedas y tambien en el ma~, cerca de las que despedian un humo espeso persistente costas. Estas nieblas se esplican por el enfria- hasta fines de- julio. En Gleicken, y Sajonia, miento del aire al contacto con el suelo, cuya . salió un humo fétido de la tierra, que desecó temperatura desciende por radiacion. Este aire las plantas y se esparció por el Adriático. Nieblas heladas. - En tas regiones polares baja á la superficie menos fria del agua ó de los se forman sobre las aguas nieblas muy espeprados y , mezclándose con el aire húmedo sas compuestas de cristales extraordinariaque los cubre, precipita el vapor. Los experimentos directos demuestran y mente finos y visibles por cuanto reflejan confirman que el agua es, en efecto, más ca- vivamente la luz. Estas cristalizaciones se adliente que el aire al formarse estas nieblas, hieren á todos los cuerpos. La precipitacion al estado sólido se verifica las cuales desaparecen ordinariamente desde"-12 grados á-15 grados. A una tempepues de la salida del sol. Durante la primaratura no tan baja, la precipitacion se verifica vera, suben del fondo de los valles, bajo la influencia del calor solar, rozando con-las coen estado líquido . DisTRIBUCION DEL AGUA ATMOSPÉRlCA POR LA linas que las dominan- y pasan al espacio SUPERFICIE DEL GLOBO.-Las tres cuartas parpara formar las nubes ó se disipan si' tanta es tes de la superficie del globo éstán cubiertas la fuerza del calor. Durante· el verano y el otoño, si el aire está por las aguas. Se comprende que las tierras tranquilo y antes de la salida del sol, se ob- estarian constantemente secas y áridas si no serva la formacion en la superficie de las existiese la evaporacion que se produce en aguas de verdaderas nubes, arrastradas por la superficie de los mares bajo la influencia una corriente ascendente producida por el del calor solar, dando lugar á la formacion calor del agua, las cuales se reunen á cierta de las nubes que vierten sobre la tierra el agua necesaria para su riego. Una parte de altura, ó se disipan si el air~ es seco. Tambien pueden formarse nieblas durante esta agua se evapora, otra parte penetra en el el deshielo, por enfriarse el viento caliente suelo y da lugar á la íormacion de los maque sople al contacto con el suelo helado aun. nantiales, y otra parte resbalá por las vertienEn verano, se forman igualmente nieblas en tes y va á parará bs partes bajas en donde los rios despues de fuertes lluvias huracana- alimenta los lagos y los rios. Las nieves acumuladas en las montañas,_ das, en atencion á que, procediendo la lluvia van cayendo á los valles transversalmente y de las re~iones elevadas de la atmósfera, es forman neveras que se derriten poco á poco mu y frül y por lo .mismo enfria la superficie de las aguas, cuyo contacto determina la pre- produciendo las fuentes de la mayor parte de los rios. cipitacion del vapor del aire.

HIGROMETR!A

El agua atmosférica que riega el globo se presenta casi siempre en estado de lluvia. El rocío sólo da una cantidad insignificante de agua; sin embargo, desempeña una mision muy importante por atenuar los éfectos de la radiacion nocturna en los vegetales, suministrándoles una humedad muy indispensable en , las comarcas privadas de lluvia. Las nieblas obran del mismo modo, á parte de que, en los paises frias, templan la temperatura é impiden la radiacion al espa<;:io. La nieve produce muy poca cantidad de agua, sin embargo, preserva el suelo de la influencia del frio. Medlda de Za cantidad de lluvia.-Los instrumentos que se emplean para determinar el espesor de la capa de agua que cae en un lugar-en estado de lluvia se llaman pluvímetros, udómetros, ombrómetros ó yetómetros. El más sencillo consiste en un recipiente cilíndrico (fig. 48) provisto de un tubo lateral graduado t, con el cual se conoce el nivel del agua. La boca del recipiente está cerrada con un embudo a que impide la evaporacion. El cero de la escala corresponde á un falso fondo taladrado e debajo del cual hay agua siempre. En algunos casos la boca del embudo es mucho mayor que la seccion del recipiente ·cilíndrico, en cuyo caso se divide la altura del agua recogida por la relacion entre las dos superficies, atenuándose así el error de lectura. En algunos paises, cae á veces, en poco tiempo, tal cantidad de lluvia, que no basta el pluvímetro para recoger toda el agua de suerte que rebosa. Para evitarlo, se adapta al_instrumento un sifon dispuesto corno el del vaso de Tántalo, que ceba y vacia el aparato en otro vaso, al llegar el nivel á la curva superior del sifon. La fig. 49 representa el udómetro de Babinet; el agua que cae al depósito provisto de un embudo se mide en una probeta e, graduada con relacion á las secciones de dicha probeta y del embudo. El pluvímetro totalt°{ador de Mangan con-siste en · un udómetro de Babinet, cuyo embudo está separado del depósito por un cilindro de vidrio vertical, graduado, de 60 á 70 centímetros de longitud. La lluvia que cae al dia se mide en este cilindro y se introduce por medio de una llave al depósito. A fin de mes se mide con una probeta graduada la

cantidad de agua acumulada en este último, y la cifra obtenida debe ser igual á la suma de las cantidades recogidas cada dia. El udómetro de Rousseau se compone de un embudo de zinc torneado que se coloca en la boca de un cubo que recibe el agua de lluvia. Esta agua se mide luego vertiéndola en una probeta graduada. Flaugergues- ha ideado un udómetro que indica separadamente las cantidades de lluvia que caen durante cada una de las principales direcciones del viento. El embudo de este instrumento es móvil alrededor de un eje vertical y lleva una placa que forma veleta. Del fondo del embudo sale un tubo vertical que se curva ~ ángulo recto en el plano de la veleta, el cual dirige el agua de lluvia á uno de los ocho compartimientos iguales de una corona dispuesta como la de la figura 27. Se mide luego el espesor de la capa de agua que se ha depositado en cada compartimiento. Udómetros registradores. - La fig. 50 representa un ap~rato construido por Salleron que va unido alregistrador(fig. 38). La lluvia que cae en el embudo E pasa á un doble depósito A A' que ~e balancea sobre un eje horizontal y sobre el cual está situado el centro de gravedad del sistema. Cuando el compar timiento A' ha recibido 40 gramos de agua, su peso le inclina, vertiéndola al tubo B'. El agua de lluvia ca<:; entonces al compartimiento A, que baja á su vez y vierte el agua al tubo B, así que contiene otros 40 gramos. Si el agua cayese directamente á los compartimientos, el choque del líquido haria saltar parte de él y produciria el movimiento de la balanza antes de contener 40 gramos de agua. Salleron evita este inconveniente recibiendo primeramente el'agua de lluvia en un pequeño depósito r, del cual va cayendo gota á gota por un orificio capilar. Como el área del embudo E es de 400 centímetros cuadrados, y los 40 gramos de agua representan aproximadamente 40 centímetros cúbicos, cnda oscilacion verterá en B y B' el volumen de agua correspondiente á una capa de lluvia de u11 milímetro de espesor. Para conocer la cantidad de agua que ha ca ido al cabo de ciertp tiempo basta señalar el número de oscilaciones del sistema A A'. A cada una de estas oscilaciones la aguja a

FÍSICA INDUSTRIAL

cierra el circuito de una pila; la corriente eléctrica pasa entonces por uno de los electroimanes de un registrador y señala un punto en el cilindro giratorio (fig. 38). El udómetro representado en la figura 51 consiste en un vaso cilíndrico P que recibe el agua de lluvia por medio de un tubo. Esta agua hace subir un flotador provisto de un vástago vertical dentado mantenido entre dos galetes. Este . vástago da movimiento á una rueda dentada cuyo arbol lleva un escéntrico de caracol d, que levanta una palanca A b cuyo extremo describe una curva sobre un cilindro vertical giratorio c. Al llegar la punta á la parte superior del cilindro, cae la palanca y principia un nuevo trayecto. A este aparato va unido un sistema de cristales algo cóncavos é inclinados en forma de . cubiertas, para recoger el agua que debe analizarse. Influencia de la altura del udómetro.-Puede acontecer que dos udómetros idénticos expuestos en un mismo lugar á alturas distintas, no recojan la misma cantidad de agua, es decir, que el más elevado contenga menos que el otro, que es lo que sucedió en el Observatorio de París, de 1817 á 1838, en donde el espesor medio de la capa de agua recogida en un udómetro colocado en el patio fué de 57 centímetros, mientras que la recogida en un instrumento idéntico colocado en la azotea á 28 metros más alto, fué sólo de 50 centímetros. Lo mismo se observó en Westminster y en 1831 en la catedral de York, en donde se colocó un udómetro en la torre, á 61 metros de altura, otro á una altura de 10 metros y otro al nivel del suelo, en sitio muy despejado; al cabo de algunos años se encontró como término medio las cantidades siguientes: 14, 19 y 25. Para esplicar este fenómeno se ha supuesto que las gotas aumentan durante su caída, condensando la humedad del aire que atraviesan á causa de su superficie tan fria. Mas si se atiende al caso del Observatorio de París, seria preciso que el aumento fuese de más de 0 1 1, es decir, siete ú ocho veces mayor, lo que no es posible en uµ trayecto de 28 metros de altura; aparte de que, generalmente, las gotas atraviesan capas de aire más y más.

secas. Tambien se ha supuesto la influencia ejercida por el viento que, más fuerte en el vértice de los edificios que cerca del suelo, arrastra más oblícuamente la lluvia; pero tambien en este' caso es fácil observar que las líneas que siguen las gotas de agua se aproxi,man tanto más cuanto mayor es la inclinacion. Igualmente se ha dicho que, subdividiéndose el viento alrededor del aparato, producia remolinos y experimentaba, tanto en los lados como encima, aumentos de velocidad que producian dispersion de las gotas de agua fuera del aparato: ivlaille es quien principalmente desarrolla esta esplicacion, que parece ser la mejor, y que se apoya en un sinnúmero de observaciones. Observa además que el edificio en donde se encuentra uno de los udómetros, produce remolinos y cambios de velocidad del viento; por lo mismo propone colocar el udómetro cerca del suelo y muy separado del embudo por medio de un tubo vertical. Distribuct'on de las lluvias en la superficle del globo. - El estudio de las cantidades de lluvia que caen anualmente y durante las varias estaciones, es uno de los puntos más importantes de la climatología, y está destinado á rendir grandes servicios á la agricultura, particularmente cuando se trate de nuevos cultivos. Así, por ejemplo, se ha ensayado cultivar el algodonero en las provincias de Argel, de Orán y de Constantina, habiéndose obtenido muy buena cosecha en uno de estos puntos, mediana en otro y casi nula en el tercero; cuya diferencia procede simplemente de las distintas épocas de las lluvias en las tres provincias. Despues de las desastrosas inundaciones de la Saone, en 1840, se instituyó una comision encargada de medir la cantidad de llfivia que cae en este río, de suerte que, utilizando los resultados obtenidos con el udómetro, se pueden conocer las crecidas que esperimentará el ria, é indicar tambien, á pocos centímetros de diferencia, la altura que alcanzará d agua. Lluvias entre los trópicos. - Entre los trópicos las lluvias están sometidas á una periodicidad anual regular, apreciándose perfectamente bien su distribucion por medio de la teoría de Babinet. En el Océano Atlántico, en todas las co-

HIGROMETRIA

marcas en donde reinen los vientos alisios, no se produce lluvia; en cambio llueve muy á menudo en la region de las calmas. Encuentran luego los alisios la costa noreste de la América meridional, suben y dan lugar á lluvias que alimentan al Amazona y al Orenoque. Atraviesan la cordillera del Perú y bajan á la llanura de Lima, en donde no llueve nunca, por cuanto, privado el aire de una parte de su humedad se calienta y deseca al bajar. En el Gran Océano, adquieren los alisios nuevos vapores, suben por las costas orientales de la China y caen en forma de lluvia copiosa. Atraviesan luego el Océano Indio, chocan con las montañas de Abisinia y al caer producen las inundaciones del Nilo; pasan despues al estado de viento seco, por las partes centrales del Africa. Zonas de las lluvias.-Los meteorologistas distinguen varias zonas con relacion á la distribucion de las lluvias segun las estaciones. La primera es la zona de dos periodos de lluvias anuales, que tienden á confundirse y formar lluvias continuas; esta zona se extiende á lo largo del ecuador. Siguen luego dos zonas de lluvias semi-anuales, que se extienden del ecuador á uno y otro trópico, en estas se distingue la estacion de las lluvias, que dura seis meses, y que se reduce á tres al aproximarse al trópico. Esta estacion principia en un lugar, cuando el sol pasa por su zénit. La estacion seca se produce cuando el sol se encuentra del lado opuesto al ecuador. Humboldt esplica estos fenómenos del modo siguiente: por calentar el sol la zon~ tórr_ida, en particular el hemisferio en donde se halla, hay aspiracion de aire del polo contiguo y del ecuador. El encuentro de estas dos corrientes, fria la una y caliente y húmeda la otra, produce necesariamente una precipitacion abundante de vapor. En el otro hemisferio, por lo contrario, el aire recorre regiones más y más calentadas, de modo que se produce la estacion sin lluvias. En las Indias, la estacion de las lluvias tiene lugar durante el monzon del sudeste; levantado el aire por la vertiente meridional del Himalaya, se enfria y el vapor que contiene se precipita y alimenta el Ganges. El monzon de otoño produce, por lo contrario, la estacion seca. FÍSICA IND,

Fuera de la zona tórrida, la periodicidad de las lluvias no ofrece ya la misma regularidad. A Gasparin se debe la esplicacion de la marcha general del fenómeno . A medida que se aleja del ecuador á través del Atlántico, se encuentra siempre el máximo de lluvia en verano hácia la latitud de 30 grados; en donde los vientos del sudeste bajan, se mezclan á un aire más frio, encuentran un suelo menos caliente y precipitan mucho vapor. Cuanto más se avanza hácia el norte, son más frecuentes las lluvias fuera de la primavera, acabando por encontrarse una zona en la cual llueve igualmente en todas las estaciones. Aproximándose más al polo, se encuentra una zona de lluvias yemales, señalada por Buch con el nombre de 1ona sub-tropical. En ella dominan los vientos polares, se calientan y bajan hácia el sud, produciendo un clima relativamente seco, particularmente en vera-no, en donde el sol permanece constantemente en el horizonte. Durante el invierno, por lo contrario, los vientos del sud producen lluvia al encontrar regiones en donde no aparece ya el sol. Esto se nota ya al norte de las islas Británicas, en Islandia y al norte de Siberia. La distribucion de las lluvias es en el norte del antiguo continente, á poca diferencia la misma que en el Atlántico, á partir de la region en donde dominan los vientos del sudoeste. Más cerca de la faja equinoccial de las lluvias de verano, se halla una faja seca formada por los desiertos del A.frica, sigue luego una faja de lluvias de invierno, debido al escaso vapor de los vientos del sud que se Ptecipita con ei'encuentro de los vientos del norte muy frecuentes en invierno. Cantidad anual de lluvia en varios lugares. -Para obtener las cantidades medias anuales exactas, es indispensable reunir las observaciones de un gran número de años; en atencion á que bastaría un aguacero escepcional para doblar la media de un año. En general, puede decirse que la cantidad anual de lluvia disminuye á medida que la latitud es más elevada, como se observa en el siguiente cuadro. Sin embargo, esta ley sufre numerosas escepciones procedentes de las influencias locales: direccion habitual del viento, proximidad y orientacion de las cordiller. 11.-104

•

FÍSICA INDUSTRIAL

ras de montañas, proximidad y coofiguracion de las costas y altura. Cantidad

Latitud.

5º,5 7,35 12,25 18,56 22,33 23,90 29,57 32,27 36,47 4r,38 37º á 43º 43 á 47 45 á 47 43 á 47 45 á 54 50 á 56 55 á 62 60 55 á 60 1

LUG.AR

de lluvia

en millm.

Cristianborg (Guinea).. Kandy. . Seringapatan.. Bombay. Calcutta. . Habana. Nueva-Orleans. Madera.. Tunez. . New-Bedford (E.-U.). Italia , S. del Apenino. Valte del Rhon. . . Italia, N. del Apenino.. Francia septentrional. Alemania. . . Inglaterra. . . Escandinavia. . Bergen. . Rusia.

549,0 1864,9 601 ,6 2350,0 1928,6 2320,7 1270,0 757,0 1992,0 r257,8 9.30,0 781,9 1336,9 656,8 678,0 784,0 478,0 2250,0 403,9

Influencia de los vientos en huropa. - El viento húmedo del SO., que domina en la mayor parte de Europa, es el que produce sobre todo la lluvia, por avanzar hácia las regiones más frias y subir por el declive del continente. Por opuestos motivos el viento del NO., casi nunca produce lluvia. Segun Buch, hé aquí el número de lluvias por ciento, que caen en Berlin, segun los vientos. N.

NE.

SE.

4' l

4'9

so.

32'8

24'8

NO.

Con los vientos del SO. la lluvia es menuda y persistente. Si es el viento del N. el que produce la lluvia, ésta cae particularmente en invierno, que es cuando sopla bruscamente á través de un aire más caliente; en este caso la lluvia cae en forma de grandes gotas y dura poco tiempo. Influencia de las montañas.-En Europa se observa que las regiones situadas al S. ó al SO. de las cordilleras son pluviosas, lo cual se explica por el obstáculo que estas oponen á los vientos húmedos del S. y del SO. Por ejemplo, Bergen, situado al pié de los Alpes escandinavos, es el punto de Europa en donde llueve más, cayendo anualmente 2'25 metros de agua. En general, llueve á menudo en No-

ruega durante los vientos del SO., mientras que está sereno el cielo en Suecia. En este último pais, los vientos del E. son los que generalmente producen la lluvia, como sucede tambien en Finlandia, lo cual demuestra que este resultado no procede únicamente de la proximidad del mar Báltico. La llanura de Chambery, situada al SO. del Monte Blanco, Bourg, Marciats, San Rambert, adosados al Jura; Saint-Etienne, Joyeuse, al S. de Cevennes; Ginebra, Pisa, al S. de los Apeninos, son tambien centros pluviosos. El fondo del mar Adriático, en donde los vientos del S. encuentran un círculo de montañas, forma una de las regiones más pluviosas de Europa. Influencia de la proximidad del mar.-Los vientos ele mar arrastran generalmente lluvia. Al chocar con los resaltos de las costas, dan al principio mucha lluvia; más lejos, va disminuyendo la cantidad para aumentar de nuevo al encontrar regiones montañosas. Así, pues, marchando del SO. al NO., las cantidades anuales de lluvia son: La Rochela .. Tours .. Paris .. Auxerre .. Laon .. Metz .. Manheim. Berlin.

655'3 milímetros. 565'5 568'5 627'2 669'1 719'6 571'8 522'7

En Rusia se observan resultados muy semejantes. Las costas del Mediterráneo se encuentran en una situacion excepcional: antes de llegar á ellas los vientos del SO. deponen su agua al encontrar las montañas de España, de los Pirineos y de los Alpes; cambian de direccion por efecto de los vientos del S., calientes y secos, procedentes de Africa; por cuyo motivo el viento de mar da poca lluvia á las costas del Mediterráneo, excepto en algunas · comarcas privilegiadas. En el valle del Rhone llueve menos que en Alemania. Italia, presenta grandes anomalías por estar rodeada por el mar: en Padua los vientos del N. y del NO., producen generalmente la lluvia y, en Roma, los vientos del N. y del S. Influencia de la altura.-Generalmente se supone que la cantidad de lluvia aumenta con

HIGROMETRrA

la altura; sin embargo, hay numerosas excepciones como se observa en los grandes rios; pero como al marchar las nubes contra la corriente se van alejando del mar y aproximando á las montañas en donde nacen, es fácil suponer que estos resultados obedecen á otras causas distintas de la diferencia de nivel. Distribucion anual de las lluvias en Europa. -A Gasparin se debe el conocimiento de ]a cantidad de lluvia que cae durante las varias estaciones: divide Europa en dos zonas: la una del noreste, en la cual el máximo de lluvia cae en verano; la otra al sudoeste, cuyo máximo cae en invierno. El límite que separa estas dos fajas pasa, ya por cordilleras ó llanuras elevadas, en cuyo caso es fija, ó por llanuras sin reJieve pronunciado, en cuyo caso es variable y mal determinada. Hé aquí la direccion que Gasparin señala á la línea de demarcacion: Inglaterra, en cuyo ·pais son casi iguales las lluvias en verano que Afio.

Fajas de lluvias de otoño. Fajas de lluvias de verano ..

789' 7 m,o 506' 3 mm

La fig. 52 indica las cantidades relativas de lluvia que caen en las dos fajas durante cada mes. La curva O O corresponde á las lluvias de otoño, y la curva V V á las lluvias de verano. Se observa que en la faja otoñal, el mínimo es en junio y que hay tres máximos: en mayo, en julio y en noviembre, en cuyo mes hay el máximo absoluto. En la zona de las lluvias de verano, solo hay un máximo en agosto, y mínimo en enero. El siguiente cuadro expresa las cantidades medias de lluvia recogida en París, durante los varios meses. Enero. Febrero .. Marzo. Abril .. Mayo. Junio .. Julio .. Agosto. Setiembre. Octubre .. Noviembre . . Diciembre.

38 milímetros. » 41 28

;.,

» » » »

61 59 51 51 37

» » »

» »

La suma de estas cantidades da 564 milímetros como media anual.

en otoño, corresponde á esta línea, que pasa luego por la Mancha, por Paris, aparentando pertenecer ya á una faja ya á otra, segun los años; vuelve hácia el O., antes de llegará Auxerre, rodea la · parte central de Francia, que forma parte de la faja de lluvias de verano, dejando fuera de ella á Aunis, la Saintonge, la Guienne y el Languedoc, pasa por Bourg y Ginebra, sigue los Alpes dirigiéndose hácia el S., hasta unirse_ con los Apeninos. De allí sube hácia el N., dejando Turin y Milan al O., sigue los AJ pes hasta el Adriático y corre á lo largo de la cordillera de los Karpatos, dejando Buda en la zona de otoño. Esta última taja se extiende al S. hasta el Atlas, las cataratas del Nilo, el Darfour y A bisinia. Hé aquí el cuadro de las cantidades de lluvia que caen en las dos zonas durante las varias estaciones, prescindiendo de Italia, al N. de los Apeninos, á causa de las anomalías citadas anteriormente. Invierno y oto!io.

Primavera y verano.

265' 1

45 2 '9

I 39'9

222'6

331'8 283'7

Invierno.

Primavera.

Verano.

Otoño.

196'8 82'7

168'8 94'7

174' 0 189'0

Días de lluvia.-Con relacion á la agricultura, no basta conocer la cantidad de lluvia que cae en un mismo lugar; debe conocerse tambien el número de veces que llueve para formar esta cantidad, y particularmente el número de dias de lluvia por estacion y por mes. En general, el número de dias de lluvia aumenta al propio tiempo que la cantidad; luego este número aumenta cuando la latitud disminuye. Hé aquí algunos eJemplos de ello: Zona tórrida. Inglaterra. Norte de Francia y Alemania. Escandinavia. Rusia. .

r59 días. r 55 » -144'9 » 133'2 » 100'9 »

Cantidad media por dia. - Dividiendo la cantidad de lluvia que ha caído durante el año, la estacion 6 el mes, por el número de dias de lluvia durante el mismo período, se obtiene la cantidad media de lluvia por dia durante este período. En el siguiente cuadro se encuentran el número de dias de lluvia durante las varias estaciones, en varias re,giones de Europa, y además las cantidades medias por dia:

FÍSICA INDUSTRIAL

REGION"ES

_ ,

DIAS DE LLUVIA

Invierno. Primavera

Inglaterra (oeste de). (este de). Id. Costas del oeste. . Francia meridional, Italia del sud. Italia del norte .. Francia del norte, Alemania. Escandinavia. Rusia.

4.3' l 40'0 .34' 4 25' 4 25' 4 .36' 1 .35'2 2_3' I

37'6 39'5 34'4 25'2 27' r 37'0 .30'.3 2.3 '4

- Verano.

33'9 .34'4 .32'9 . I 5' 2 25 ' 1 .36'8 .32'ó 2 7'9

Otol!o.

44'9 .34'8 .38'0 25' 4 26'6 .3 5'0 .3 5' 1 26'5

CANTIDAD MEDIA POR DIA

Afio. mm

5'9 4'5 5'4 8'¿ 9' 4'7 .3'6 .3'6

Invierno. Primavera

5'6 4'2 5'4 7'7 5'5 .3'4 2'.3 r'8

4'5 :¡'6

4' I

7'7 9'.3 4'0 2'5 2'6

Verano.

Otofto.

6'5 5'0 5' r 8'8 10'9 6'2 5'2 6'6

6'.3 5' 2 6'4 1.3'5

II'J

5'5

4'2

.3'6

Todas las modificaciones que experimenta Las cantidades medias por dia de la Francia meridional y de Italia, explican las inunda- la atmósfera van acompañadas de variaciones ciones que asolan á menudo las com_arcas du- de presion; luego, los movimientos del barómetro son el signo más general de los camrante el otoño. Las regiones en donde las cantidades me- bios que experimenta, existiendo, por lo misdias de lluvia por dia son más elevadas, son mo, una gran relacion entre la altura de la tambien aquellas en donde se observan caídas columna de mercurio y el estado del tiempo. Observó Torricelli que el mercurio baja escepcionales de agua. Entre las mayores lluvias, citaremos las cuando va á llover, y posteriormente se ha comprobado que está alto e~ barómetro dusiguientes: En Bombay, en 1819, cayeron 162 milíme- rante el buen tiempo y bajo en tiempo de lluvia. tros de agua en un solo dia. Esta relacion entre las indicaciones del baen En Cayenne, cayeron 280 milímetros rómetro y el estado del tiempo se explica 10 horas ó 28 milímetros en una hora. En 1827, cayeron en Joyeuse 791 ' 7 milí- diciendo que, cuando á un viento caliente metros en 24 horas, ocasionando las inunda- sucede un viento frio, que arrastra masas de aire dilatado y menos denso á igualdad ciones de Ardeche. Los efectos más sorprendentes se observa- de fuerza elástica, el barómetro baja. Por lo ron en Génova, el 25 de octubre de 1822, en contrario, los vientos frios y secos le hacen donde cayeron, con una sola lluvia, 812 mi- subir. En Europa, el barómetro baja con vientos límetros de agua, cerca de 1 metro. del Sud y del Sudoeste, y sube con los vienCorrelacion de los fenómenos meteorológicos. tos del Norte y del Noreste. Cargados de huReasumiendo todos los fenómenos estu- medad los primeros, por pasar por el Oééano diados basta aquí es fácil observar que obran Atlántico y avanzar hácia las regiones más unos sobre otros y se complican mútuamente. frias, depositan su vapor y producen lluvia; La causa general de que dependen todos ellos mientras que los otros, secos y fríos, traen el es la accion solar combinada con el movi- buen tiempo. Estos fenómenos obedecen á la miento de rotacion de la tierra, siendo por lo situacion geográfica de Europa occidental, y tanto los vientos la consecuencia del modo no sucede lo mismo en otras regiones: así, como se distribuye el calor por la superficie los vientos calientes de tierra de la Nuevadel globo, siendo producida la lluvia por los Holanda arrastran sequedad ·y hacen bajar el barómetro. En la embocadura del Plata, los vientos. Los vientos y la lluvia influyen á su vez vientos del Este, que le hacen subir, son los en la temperatura del aire, subiendo ó ba- que motivan la lluvia. El siguiente cuadro, deducido de un gran jando los primeros segun su direccion, y refrescando el aire la segunda cuando hace número de observaciones practicadas en París, da á conocer las relaciones que existen entre calor.

HtGROMETRtA

los varios estados del tiempo y las alturas barométricas correspondientes. Alturas en pulgadas . En centímetros .

Tiempo muy seco. Buen tiempo fijo .. Buen tiempo .. Variable. Lluvia ó viento. Aguacero. Tempestad ..

29 pulgadas 8 líneas 28 8 28 4 28 7 o 27 27 4 o 27

78 ' 5 77'6 76'2 75'8 74'9 74' 0 7J' I

Se ha observado además que, generalmente en Europa, cuando el barómetro sube gradualmente, va al buen tiempo, y por lo contrario, pasa á lluvia cuando baja poco á poco. Una baja brusca y extensa indica ordinariamente una tempestad, aunque no exista ninguna señal de ella en el cielo. Los perseverantes trabajos de Marié-Davy han suministrado el conocimiento perfecto del conjunto de los movimientos atmosféricos y la relacion entre los varios fenómenos meteorológicos. La construccion de las cartas ó mapas sinópticos ha permitido abarcar de una vez el estado de la atmósfera en el inmenso espacio ocupado por las estaciones meteorológicas, cuyas observaciones, practicadas simultáneamente, se remiten al observatorio de París, en donde se comparan y ordenan. Prevision del tiempo. - De 'los estudios de Marié-Davy resulta que las modificaciones de la atmósfera, en Europa, tienen su orígen en el cambio de la gran corriente ecuatorial y en el paso por el continente de los torbellinos que se forman entre los trópicos; de lo cual se deduce la posibilidad de anunciar telegráficamente y con antelacion la llegada de las principales perturbaciones. Comparando las cartas sinópticas de varios días consecutivos y estudiando las variaciones contínuas de las curvas de igual presion, se puede conocer la marcha de las depresiones barométricas, deducir sus consecuencias y prever así anticipadamente el estado del tiempo en las regiones hácia las cuales se dirigen estas depresiones. Pronósticos. - En todas las épocas se ha tratado de prever los ½ambios de tiempo por medio de señales en el mismo lugar de investigacion. Algunos de ellos se deducen de ciertos animales, de los movimientos de las

829

hojas, de las flores de varias plantas que, generalmente, obran como higróscopos. Otros pronósticos se deducen del aspecto del cielo, de la direccion del viento y particularmente de las indicaciones de los principales instrumentos de meteorología. Barómetro. - Los instrumentos que, como el barómetro, dan á conocer el estado de una vasta region, son ciertamente los mejores para establecer las bases de un buen pronóstico. Las indicaciones del termómetro y del ' higrómetro, que solo dan á conocer el estado del aire en el punto en donde están situados, no son tan concluyentes. En Europa, cuando el barómetro sube poco á poco, indica que los vientos del Norte dominan y desalojan á los del Sud, produciendo buen tiempo. Sin embargo, el choque de estos vientos puede, al primer momento, produ.cir un poco de lluvia ; entonces llueve mientras va subiendo el barómetro. Ya Buvard observó que, en este caso, existen dos corrientes de aire que se encuentran. Buch ha observado, en Berlin, que cuando llueve durante mucho tiempo, el barómetro se mantiene á unos 5 milímetros debajo de la media correspondiente al viento resultante dela condensacion contíµua del vapor. El paso de un torbellino por un lugar, se indica por una elevacion barométrica al llegar su primer borde, seguida de una baja cuando pasa la parte central del torbellino, tanto más pronunciada cuanto más cerca pase el centro, siguiendo luego una segunda elevacion al pasar el segundo borde. Obsérves8 que el barómetro baja más que sube, por la repulsion que experimenta el aire debida á la fuerza centrífuga en una periferia tan extensa, que es menos pronunciada que la refraccion hácia el centro. Esta es la causa porque el barómetro baja debajo de la media, más que sube sobre de ella. En nuestros climas se la ve bajará 730, 720 y hasta 7 r2, mientras que rara vez sube á 780. Al pasar de 766 ó bajar á 755, indica próximas perturbaciones. Durante los aguaceros se ve subir el barómetro de algunos miHmetros, para bajar así que aquellos han cesado, pudiéndose afirmar que el período más fuerte sucede cuando principia á bajar el mercurio. Este resultado se atribuye al enfriamiento del aire por la llu-

830

FÍSICA INDUSTRI A.L

vía; sin embargo, es de suponer que existe un efecto mecánico producido por las innumerables gotas de agua que comprimen las capas inferiores de la atmósfera. Un fenómeno análogo se produce cuando se depositan en el fondo de un vaso partículas que se encuentran en suspension en el agua, como lo demuestra el que sumergido un areómetro en agua turbia, se introduce más y más á medida que se va clarificando el líquido. Los movimientos del barómetro deben guardar cierta relacion con las indicaciones del termómetro y el higrómetro, que á su vez pueden dar pronósticos contrarios. Así, cuando la temperatura, á una misma hora, va subiendo, siendo muy húmedo el aire, es fácil se produzca lluvia, á pesar de que vaya subiendo el barómetro. Termómetro. - Cuando el termómetro sube, durante la estacion de los fríos, ~s señal de lluvia. Segun Castellani y Gasparini, la mínima del termómetro es lo que particularmente debe observarse. Al subir gradualmente indica que no está muy lejana la lluvia. En Europa, cuando baja la mínima á causa de los vientos calientes y húmedos, ó cuando sube por efecto de los vientos fríos y secos, es señal de próxima lluvia, por el encuentro de dos masas de aire de temperatura distinta. Estado del cielo. - Si la atmósfera es muy pura y centellean las estrellas, prueba que hay mucha humedad y agitacion en las aitas regiones de lil atmósfera y es probable la lluvia. Lo mismo sucede si á su puesta se presenta el sol de un color rojo oscuro, puesto que sus rayos atraviesan entonces vapores en preci pitacion. Un cielo rojo antes de la salida del sol, un sol pálido, luna velada, presagian igualmente la lluvia. Si el sol se pone en cielo puro y anaranjado, se podrá esperar buen tiempo al día siguiente. En nuestros climas los cúmulus anuncian buen tiempo, por atestiguar sus contornos bien definidos un aire seco, en donde se di-

suelven rápidamente. Los cirrus, que acom""' pañan á menudo la llegada de los vientos del sud y del sudoeste en las altas regiones, anuncian la lluvia. Como ger;eralmente los cambios de tiempo se preparan en las altas regiones de la atmósfera, e~ muy importante su estudio para poder pronosticar; por ·cuyo ·motivo se recomienda muy particularmente la observacion de los cirrus, que son las nubes más elevadas, aparentando hallarse cási en reposo á causa de su gran altura, cuando realmente se mueven con mucha rapidez. El centelleo de las estrellas es tambien una señal de lo que pasa en dichas altas regiones. Kepler dice que este centelleo es muy pronunciado cuando el aire es húmedo y está muy agitado. Laudier y Portet, en Francia, y Poey, en la Habana, han establecido pronósticos sobre las ondulaciones de las imágenes de las estrellas vistas con un anteojo cuyo ocular no esté focado, y, despues de un estudio de veinte años, Montigny ha establecido reglas con las cuales se pueden preveer los cambios de tiempo debido al centelleo observado durante una ó varias noches consecutivas. En general, cuanto más acentuado es el centelleo mayores son las probabilidades de lluvia durante los días siguientes. Por lo demás, las estaciones ejercen una influencia muy marca·da en los pronósticos. Movimientos de la aguja imantada. - Las grandes perturbaciones de la atmósfera pueden conocerse anticipadamente por la irregularidad en los movimientos de la aguja iman-· tada de las brújulas. Esta correlacion entre dos fenómenos, tan opuestos uno de otro, en apariencia, se explica por el cambio que motivan las grandes perturbaciones del aire en la regularidad de las corrientes de electr'icidad atmosférica, las cuales influyen notablemente en la. direccfon· y movimientos de la aguja imantada, como veremos al tratar de los metéoros eléctricos.

CAPÍTULO V METÉOROS ELÉCTRICOS

El Trueno.

ORIGEN DEL TRUENO

que se conocen las propiedades de la electricidad, es fácil poder darse cuenta de los varios fenómenos atmosféricos, cuyas causas se ignoraban antes. Uno de los más notables es el que se conoce con el nombre de trueno, que es el que acompaña y caracteriza las tormentas. Una tormenta ó tempestad consiste en una lluvia, de grandes gotas ordinariamente, que cae de gruesas nubes, por entre las cuales se producen rayos de luz llamados relámpagos, seguidos de un ruido intenso. Si el relámpago va á parar al suelo, se dice que este punto está herido por el rayo, ello no es más que el relámpago que choca con los objetos terrestres. Causas del trueno.-Los antiguos filósofos consideraban el trueno como un atributo de la divinidad. Segun otros, el trueno era el resultado del encuentro de ciertas influendas que se transmitian mútuamente los astros; ó bien el producto de emanaciones que salian de la tierra; idea ridiculizada por Aristófanes en su comedia de las Nubes. Séneca explica este metéoro por el choque de las nubes impelidas unas contra otras; opinion desarrollada por Lucrecio• en el último canto de su poema de rerum natura. ESDE

Los físicos han atribuido primeramente el trueno á la inflamacion de ciertas exhalaciones salidas ·de la tierra; los químicos, á la reaccion de una mezcla de nitro, azufre, hierro, espíritus ácidos, aceites esenciales, que suponían existir en las regiones superiores de la atmósfera. La identidad de composicion del aire á todas las alturas, demuestra la falsedad de estos sistemas. Al descubrimiento de la chispa eléctrica se debe el que se sepa la verdadera causa del trueno. Vall fué el primero que obtuvo chispas eléctricas de un pedazo de ambar, y comparó su brillo con el del relámpago y el ruido que producían con el del trueno. Gray, en 1735, observó la analogia entre el rayo y el fuego eléctrico, como él lo llamaba. La misma idea se formuló por Nollet, el cual, despues de haber combatido la hipótesis adoptada por Newton de que el trueno se debe á una me1cla de exhalaciones capaces de inflamarse fermentando, ó por el choque y la presion de las nubes, dió á conocer los motivos especiales que le hacian suponer que el trueno se debe á-la electricidad, y que los maravillosos efectos que engendra en nuestras JTianos no son más que débiles imitaciones de estos grandes efectos que nos subyugan y que todo depende del mismo mecanismo,

FÍSICA INDUSTRIAL

Poco se había adelantado sobre este particular cuando, estudiando Franklin la botella de Leyde, consiguió fundir, por medio de una descarga, los alambres metálicos y volatilizar el dorado de los objetos de madera que estudiaba, sin que se quemaran. Comparó estos últimos efectos con los del rayo, el cual funde la plata situada dentro de una bolsa sin perjudicar á ésta, la punta de una espada sin deteriorar la vaina, y el hierro de un venablo sin deteriorar la madera. Desde entonces se convenció Franklin d~l origen eléctrico del trueno, faltándole tan sólo una prueba directa de la presencia de la electricidad en las nubes tempestuosas. Acababa de descubrir la potencia eléctrica de las puntas y le ocurrió la idea de utilizarlas para trasegar, segun su expresion, el flúido de las nubes. Principió por colocar una punta de hierro aislada en el vértice de un campanario que en 1749 se estaba construyendo en Filadelfia, é, interin, publicó sus ideas, indicando los medios de ejecutarlas. Respondiendo á ellas, colocó Dalibart en una llanura elevada, en Marly-La-Ville, una barra de hierro a b o (fig. 53) de 14 metros de altura, terminada en punta, que apoyaba en o, en dos caballetes aislantes, y estaba sostenida en c y c', por cuerdas de seda unidas á tres mástiles. El ro de Mayo de 1752 se produjeron chispas al pié de la barra durante el paso de una nube tempestuosa. Repitieron este experimento Delor, Mazeas y Lemonnier, en Francia; Cantan, en Inglaterra; Beccaria, en Italia; Richmann, en Rusia. Dalibart y Cantan adaptaban á la barra unas campanillas eléctricas que advertían la presencia de la electricidad y permitían, además, que pasase el flúido al suelo, produciendo chispas de un timbre á otro, si tan fuerte era la carga, cuya precaucion era muy conveniente para evitar desgracias, como le sucedió á Richmann, en San Petersburgo, quien plantó en la cubierta una barra de hierro aislada por una botella que atravesaba, puesta en comunicacion cem una cadena ó una espiga, aislada tambien, fija al techo de su gabinete. Esta espiga terminaba en una bola, de la cual sacaba chispas aproximando un conductor puesto en comunicacion con el suelo. Habiéndose aproximado demasiado á la bola, íué herido en la sien por una chispa, á una

distancia de 30 centímetros, y cayó muerto en el acto. Cometa eléctrt'ca. - Antes de terminarse la construccion del campanario, concibió Franklin la idea de lanzar una cometa- de seda provista de una punta á unas nubes tempestuosas, habiéndole acompañado su hijo, por temor, como confiesa ingenuamente, al ridículo que acompaña siempre á los experimentos originales, si no les corona el éxito. El extremo inferior del cordel estaba unido á otro de seda. Al principio no obtuvo ningun resultado, mas como hubiese la lluvia mojado el cordel, observó entonces que los filamentos de éste se enderezaban y al aproximar el dedo á una llave que colgaba de él, se producían chispas repetidas. Un año des pues, en 17 53, se le ocurrió á Romas la idea de hacer conductora la cuerda de la cometa, entrelazándola con un hilo metálico, obteniendo así resultados mucho más notables. La cuerda estaba unida á un cilindro de hoja de lata, retenido á su vez con cuerdas de seda preservadas de la lluvia. Al principio observó como hebras de paja se lanzaban hácia el cilindro, como si fuesen aspiradas por él; sacó luego chispas por medio de un excitador consistente en una bala de metal que, por medio de una cadena, comunicaba con el suelo, y estaba provista de un mango de vidrio. Con este sistema obtuvo durante un huracan muy poco fuerte, cierto número de chispas de cuatro metros de longitud por tres centímetros de grueso, que producían más ruido que una pistola. Carro eléctrt'co. - Estos experimentos los repitieron Charles, Beccaria, Cavallo y otros. El primero empleaba el llamado carro eléctrico, imaginado por Romas, el cual lleva una cabria sostenida por columnitas de vidrio, y en ella arrollaba la cuerda de la cometa. Se producía el movimiento de la cabria con un manubrio de vidrio y mientras se daba cuerda se la dejaba en comunicacion con el suelo por medio de una cadena fija al árbol de la cabria y á una estaca de hierro hincada en el terreno. Durante el experimento se quitaba la cadena por medio de espigas de vidrio. Es altamente indispensable proceder con mucha prudencia; Charles tenia la costumbre de rodear el aparato con un círculo de barrotes de

METÉOROS ELÉCTRICOS

hierro, cuidando él de colocarse al exterior. Estos experimentos demuestran que las nubes tempestuosas contienen cantidades extraordinarias de electricidad, la cual es ya jJositlva ó ya negativa, como lo observó Cantan en una barra aislada terminada en punta, que cambjó de naturaleza varias veces durante una hora. No nos corresponde tratar de la procedencia de esta electricidad, sólo sí observaremos que las nubes tempestuosas están animadas de movimientos rápidos de traslacion combinados con movimientos relativos de sus varias partes, de los cuales trataremos más adelante, y dichas nubes que presentan grandes diferencias de un punto á otro, tanto en estado eléctrico como en densidad. RELAMPAGO. - El relámpago no es más que una inmensa chispa eléctrica que atraviesa el espacio ocupado _por las nubes, afectando una forma sinuosa é idéntica en brillo é instantaneidad á la chispa eléctrica. Se ha considerado siempre producido el relámpago por la descarga entre dos nubes electrizadas de potenciales distintos, suponiéndose, segun Franklin, Saussure, Beccaria y otros, que existen casi siempre dos zonas de nimbus, entre las cuales se producen las descargas; sin embargo, de ser así, es sólo accidentalmente. Peltier propone la explicacion siguiente aplicable al mayor número de casos y que contínuamente confirma la observacion. . Formadas las nubes tempestuosas por gotitas de agua que se encuentran en suspension en el aire, constituyen un conductor imperfecto que presenta grandes desigualdades de densidad, interrupciones llenas de aire húmedo y estados eléctricos muy distintos en sus varios puntos. Desde luego, la electricidad tiende á ponerse en equilibrio, ya por conduccion, que es la via más lenta, ó ya por descargas esplosivas que atraviesan grandes distancias y constituyen el relámpago. Estas descargas parciales, son susceptibles de reproducirse varias veces en puntos distintos, y pueden estar provocadas unas por otras, al igual que las chispas entre varios conductores colocados en série que se indu{Can mútuamente. La gran longitud del relámpago, que alcanFfs1cA. lND.

za á veces hasta ro y r 5 kilómetros, se es plica por la poca resistencia del medio que atraviesa, compuesto de aire muy rarificado y ocupado por gotitas de agua muy unidas. Las descargas intestinas de las nubes producen muchas veces relámpagos más ó menos ramificados. Relámpagos de segunda clase. - Independientemente de los relámpagos de que acabamos de tratar, que llamaremos relámpagos de primera clase, Arago distingue los de segunda clase, que consisten en resplandores instantáneos que iluminan las nubes, ya en su contorno solamente, ó ya en toda su superficie. El color de estos resplandores es rojo intenso, pero tambien se presentan á veces de un color azul ó violado. Estas descargas no producen ruido y se verifican por conduccion, siendo análogas á los efluvios que salen por los varios puntos de las máquinas eléctricas. Los relámpagos de primera clase ocultados por las nubes presentan el mismo aspecto que los de segunda clase vistos. Unas mismas nubes son susceptibles de dar un gran número de descargas, á causa de la .irregularidad de su estructura y del inmenso espacio que ocupan; á parte de que, por sus cambios contínuos de posicion, se regeneran contínuamente, y así, las partes que se forman llevan consigo nuevas cantidades de electricidad. Al cesar de renovarse las nubes, se van debilitando más y más los relámpagos, y por lo tanto cesa paulatinamente la tempestad. U na gran parte de la electricidad de las nubes es arrastrada por la lluvia abundante que acompaña las tempestades y que experimenta á veces una recrudescencia muy marcada despues de cada trueno . Durante la noche se presentan á veces las gotas de lluvia muy luminosas al llegar á tierra. Duracion del relámpago.-La duracion de los relámpagos aislados no es fácil de apreciar. Wheatstone le da una millonésima de segundo, recibiendo la luz de los relámpagos nocturnos sobre un disco de radios muy compactos, al cual imprime una gran velocidad de rotacion. Sea la que fuere esta velocidad, el disco aparenta estar fijo durante su impresion por el relámpago. Si n es el numero de T. 11-105

FÍSICA INDUSTRJ AL 834 vueltas del disco por segundo y r el número Desde -luego debe buscarse otra causa, sin de estos radios, la duracion del relámpago es que por esto deje de reconocerse la influencia · menor que el tiempo que emplea un rad10 en de las reflexiones producidas por las nubes ocupar el sitio del radio que le precede, cuyo que, indispensablemente, contribuyen al efectiempo es igual á una parte de la duracion de to general. Hooke da la explicacion siguiente, deducida · . l'a -l , o' 'a una f racc10n d e seuna vue 1ta 1gua de la transmision progresiva del sonido. Por r no poderse apreciar lá duracion del relámpa. 1' I gun d o 1gua a n r go, el movimiento que produce en el aire Cuando los relámpagos, producidos por va- existe en un mismo instante en todos los punrias descargas muy repetidas, provocadas unas tos de su trayecto, y como un movimiento por otras, no son contínuos, las rayas del dis- cualquiera se transmite con una velocidad de co giratorio aparentan estar animadas de mo- 340 metros por segundo, los movimientos vimientos oscilatorios, apareciendo en posi- producidos en a, c, b, (fig. 54), llegarán al ciones distintas durante las iluminaciones su- oído del observador colocado en A, unos despues de otros. Por ejemplo, si la diferencia cesivas. Relámpagos llamados de calor. - Por las entre las distancias b A y a A es de 340 metardes de días muy cálidos, se perciben á ve- tros, el sonido engendrado en b llegará á A ces en el horizonte ciertos resplandores cono- un segundo despues que el engendrado en a. cidos con el nombre de relámpagos· de calor, Como las distancias de los puntos situados debidos á tempestades lejanas cuyo ruido no entre a y b al punto A, pasan de unos á otros se oye, mientras que, reflejados los relámpa- de un modo contínuo, tambien será contínuo gos por la atmósfera, se distinguen á una gran el ruido. Los cambios de intensidad provienen de distancia. La experiencia prueba que, si el ruido del varias causas: 1. º Debido á las vastas sinuosidades que trueno se oye hasta 5 ó 6 leguas, la luz de los presenta el relámpago, pasan á través de carelámpagos se distingue durante la noche á . más de 25 leguas. Durante la noche, puede pas de aire de densidades muy distintas, ya á verse á 60 leguas de distancia, por reflexion causa de las desigualdades de altura ya á de la atmósfera, el resplandor de algunos causa de las cantidades variables de humegramos de pólvora quemados al aire libre, dad, dependiendo la intensidad del sonido cuando la curvatura de la tierra impide ver producido de esta densidad. A causa tambien de las numerosas si2. la llama. Durante el día se distingue el ruido del trueno lejano, sin que se vean los relám- nuosidades del relámpago, varios de sus punpagos, en particular si se interpone una capa tos se encontrarán á la misma distancia del observador, y los movimientos producidos en de nubes. La esplicacion que hemos dado de los re- estos puntos llegarán al mismo tiempo al lámpagos de calor, debida á Séneca, se ha oido, produciendo un ruido más intenso en confirmado repetidamente; tanto, que han so- este instante. Los truenos rasgados, que Lucrecio combrevenido tempestades del lado de donde se para con el ruido del pergamino que se rasga habían producido relámpagos de calor. Rumo DEL TRUENO. - La descarga de los y que se perciben como ruidos violentos seaparatos eléctricos va acompañada de una parados por interrupciones de poca duracion, explosion instantánea, mientras que el ruido se explican por bifurcaciones del relámpago, del trueno se prolonga con alternativas de inpor v:::rias descargas casi simultáneas, por tensidad seguidas de un ruido sordo que se descargas que se producen al mismo tiempo en varias nubes influidas unas por otras, y debilita gradualmente. Este ruido se atribuía á la repercusion de que forman un relámpago interrumpido que, las montañas y de las nubes, en cuyo caso por consiguiente, produce un ruido discondeberia ir disminuyendo el ruido ; por recorer tínuo. Distanda y longitud del relámpago. mayor espacio los últimos sonidos reflejados. 0

METÉOROS ELÉCTRICOS

Siendo la velocidad del sonido de unos 340 metros, el número de segundos empleados · entre el instante en que se percibe el relámpago y el principio del ruido del trueno multiplicado por 340, dará la distancia del punto más próximo al relámpago. Si no se necesita una medida rigurosamente exacta, se cuenta el tiempo con el pulso que, generalmente, bate cada segundo. La duracion del ruido que sigue al relámpago. puede dar una idea de su longitud, puesto que esta duracion multiplicada por 340, da la diferencia entre las distancias de sus dos extremos al oido del observador. Esta diferencia es menor que la recta que une los dos extremos del relámpago; por cuanto, en el triángulo cuyos vértices son a, b, A (figura 54), el lado abes mayor que la diferencia de los otros dos a A, b A. Delisle <?bservó en París ruidos de 39, 41 y 45 segundo:, de duracion, que corresponden á 3'3, 3' 4 y 3'8 leguas de distancia. Pero debe tenerse en cuenta el ruido sordo producido por los ecos. El rayo y sus efectos.

El rayo. - Cuando una nube muy electrizada se encuentra á corta distancia de la tierra, descompone por influencia la electricidad neutra del suelo, principalmente en los objetos salientes; repele hácia el interior de la tierra el flúido de igual signo y atrae hácia la atmósfera el flúido de signo contrario; obra sobre la nube atrayendo su electricidad hácia las partes _inferiores, con tendencia á hacerla bajar; además, las gotas de lluvia facilitan t-am bieh la descarga, por unirse los dos fluidos á través del aire, de suerte que el rayo hlere entonces el punto del suelo en donde termina la chispa. En este caso, se siente ordinariamente un golpe seco, debido á que los varios puntos del relámpago, muy corto y casi vertical, se encuentran sensiblemente .á la misma distancia del observador. El rayo se diferencii;. del trueno en que, en vez de surcar corno el relámpago el espacio ocupado por las nubes, surge entre ellas al choque de las mismas con los objetos terrestres. Rayos bifurcados y otros.- Al_igual que la

chispa de las máquinas eléctricas se han observado relámpagos bifurcados y tambien trifurcados al aproximarse al suelo. Todo hace suponer que la sübdivision puede ir más allá de lo observado directamente, puesto que, examinando los efectos producidos por un solo rayo, se hán notado más de una vez los mismos en cinco ó seis puntos muy apartados unos de otros; en cuyo caso produce un ruido rasgado, por existir varias líneas de movimiento á distancias desiguales del observador. Objetos expuestos á la accion del rayo.Los objetos más elevados son naturalmente los que más están expuestos á ser heridos por el rayo: los árboles aislados, los campanarios, los mástiles de los buques, las cumbres de las montañás son los más frecuentemente perjudicados por este metéoro. La naturaleza de los cuerpos influye tambien en ello y hasta á veces contrarre_;;ta y supera á la producida por la altura. Así, los cuerpos buenos conductores, cuya induccion se verifica fácilmente, son más propensos que otros más elevados: por ejemplo, el rayo ha herido á veces matorrales, tierras húmedas ó de naturaleza conductora, situados al pié de torres construidas con materiales secos poco conductores. El rayo hiere á menudo las chimeneas á causa de su posicion elevada y á causa tarnbien del hollin adherido á su interior. Los árboles, principalmente los álamos, se encuentran en el mismo caso; no así los árboles resinosos gue rara vez cae el rayo en ellos. Este es el motivo porque se recomienda mucho el no guarecerse debajo de los árboles aislados durante las tempestades. TanÍ.bien debe evitarse la proximidad de los montones ó pilas de trigo, de forraje ó de paja situados en medio de los campos, cuya superficie mojada por la lluvia se convierte en conductora de la electricidad. La superficie de las aguas no está preservada tampoco de los efectos del rayo. Absorvido el líquido por la atraccion de las nubes, forma un montículo que va siguiendo los movimientos de la nube, explotando allí el rayo y matando todos los peces que se encuentran alrededor. Movimientos del rayo por los edificios.-El trayecto que recorre el flúido sobre los edifi-

-S.36

FÍSICA INDUSTRIAL

cios heridos por el rayo es muy irregular. Examinando detenidamente el estado de los sitios por donde ha pasado, se observa en todos los cambios de direccion alguna causa que los ha .motivado, como es generalmente la presencia de algunas piezas de metal, que reciben la induccion y obran dirigiendo el flúido. La existencia de causas determinantes es muy evidente en los dos ejemplos que vamos á citar: El 25 de abril de 1676, cayó un rayo en el campanario de la abadia de San Medardo, en Soissons, y recorrió el edificio fraccionándose y siguiendo varios caminos irregubres, indicados por varios desgastes. Once años antes, ya el mismo edifici0 había sufrido otro accidente semejante, ha hiendo seguido el fluido exactamente los mismos caminos y producido los mismos efectos. El otro caso lo cita Arago, diciendo que, habiendo caido un rayo en el campanario de Antrasme, cerca de Laval, penetró en la iglesia, derritió todos los dorados que habia, agujereó las paredes y produjo varios desgastes. Al cabo de un año, otro rayo produjo idénticos efectos, pasando exactamente por los mis_mos puntos. La influencia de las masas metálicas se atestigua igualmente con un sin número de hechos. EL rayo sigue las espigas de metal, los tubos de desagüe de los edificios, los dorados de los cuadros, etc. En 1773 cayó un 1·ayo en Nápoles en el hotel Tilney, atravesó siete habitaciones, en las cuales estaban reunidas más de 300 personas, y dos antecámaras en donde aguardaban más de 250 criados, sin que produjese ningun daño en ellas, gracias á los dorados de las cornisas, de los techos, de las tapicerias y de los sillones, recorridos por el fluido, volatilizando el oro. Tambien un rayo fundió en parte un alambre de hierro, y al llegar á cierto punto lo abandonó bruscamente para atravesar un muro á la altura de la boca de un cañon de fusil que estaba apoyado en el lado opuesto. En 1759, en la Martinica, se refugiaron unos soldados cerca del muro de una capilla; dos de ellos murieron heridos por un rayo que atravesó el muro detrás de ellos, precisamente á la altura de unas barras de hierro que sostenian un sarcófago situado al lado opuesto. Al encontrar el rayo cuerpos buenos con-

ductores de dimensiones suficientes, les recorre sin producir desgastes en ellos-, y sólo abandona estos cuerpos al encontrar resistencia, pero manifestando entonces sus de·sastrosos efectos. Así, si el fluido recorre una barra de hierro, es seg uro que se encontrarán desgastes muy notables en el extremo de esta barra. EFECTOS DEL RA Yo:-Los efectos del rayo son mu y semejantes, escepto en intensidad, á los producidos por la descarga de las baterias. Estos efectos pueden ser cal<irí.ficos, meéánicos, químicos, magnéticos y fisiológicos. I. Efectos caloríficos. - El rayo produce muchas veces incendios atacando uno ó varios puntos de un mismo edificio. Las espigas delgadas metálicas, los alambres de los timbres, campanillas y relojes están expuestos continuamente á ser fundidos por P,l rayo; si la descarga es débil, produce sólo el efecto de acortar estos alambres. Sigaud-Lafond cita un rayo que retorció un gr_ueso alambre de hierro, produciendo el mismo efecto que una crin que se queme; efecto que tambien se produce con la descarga de las baterías. Los anillos de las grandes cadenas se han soldado tambien unos á otros, constituyendo una barra rígida; se ha visto soldarse igualmente los martillos de los relojes con sus campanas. Las masas metálicas muy considerables no experimentan fusion más que en su superficie, particularmente en los puntos salientes. Los cuerpos poco conductores que se encuentran en contacto con los metales permanecen casi siempre intactos; así es que la vaina de una espada, una bolsa que contenga monedas, no se queman. Estos estraños resultados, citados por Séneca, hicieron suponer á Franklin que el rayo producia fusiones frias; sin embargo, los cuerpos no conductores tambien se queman siempre que los metales que les están en contacto se funden enteramente. Si estos cuerpos presentan sólo indicios de fusion, las partes fundidas se enfrian instantáneamente por el contacto con las que cubren, y que presentan mucha masa. I:-,os efectos producidos son idénticos al experimento del carbon ardiente que se coloca sobre una tela aplicada á una masa metálica. Tambien funde el rayo los cuerpos poc...i

METÉOROS ELECTRICOS

837

conductores, como lo demuestra el fundirse bre el polvo. Si la descarga retarda á causa eu parte ciertos utensilios de vidrio, 6 reblan- de alguna resistencia intercalada en el cirdecerse hasta el punto de deformarse; tambien cuíto, se obtiene una espiga llena fundida, se ha observado cierta vitrificacion superficial semejante á ciertas tulguridades macizas . .ei1 los ladrillos y en las rocas, como lo citan Se encuentran tubos fulminares en Silesia, Saussure y Ramond, cuyas vitrific:;.ciones al- la Prusia oriental, el Cumberland, en el Bracanzan un espesor de algunas décimas de mi- sil cerca de Bahia, y en general, segun Fielímetro solamente, cubriendo en cambio su- dler, en las localidades en donde la arena cuperficies de un metro cuadiado de extension. bra una capa acuífera. Estas vitrificaciones tiefi.en el aspecto de barII. Efectos mecánicos.-El rayo rompe los niz ó esmalte gris -ó amarillento, en el cual se cuerpos poco conductores; si son piedras, saldistinguen burbujas ó hinchazones de algunos tan á pedazos; si son vigas, se dividen en fragmilímetros de diámetro. mentos y á veces se reducen á polvo. Los Fulguridades .-Al herir el rayo ciertos ter- árboles se hienden ó dividen de arriba abajo renos arenosos que cubran capas húmedas de en fajas delgadas, que se secan enseguida. El terreno, funden la arena formando con ella un fluido pasa ordinariamente entre la madera y tubo vitrificado, liso interiormente y cubierto la corteza, en donde es más pronunciada la el exterior por granos de arena agl'utinados. potencia conductora á causa de la sávia, salEl diámetro interior varía de 1 á 50 milí- tando la corteza, probablemente por la expanmetros, y la longitud alcanza á veces 10 me- sion del vapor producido. tros. El rayo perfora los tabiques y los muros. Estas fulguridades 6 tubos fulminares, ra- Tambien levanta las baldosas, debajo de las mificados casi siempre por su extremo infe - cuales se halle una capa húmeda. rior, se encuentran más ó menos inclinados En 1762, en Cornouailles, el rayo demolió al horizonte. la torrecilla de una iglesia, lanzando á 55 meHermann fué el primero que las descubrió tros de distancia una piedra de 100 kilógramos en Silesia, en 17n. Se las consideraba sucede peso. En 1852, en Cherburgo, rompió el sivamente como incrustaciones producidas al rayo un mastil de un buque desarmado, lan .: rededor de las raíces, que desaparecían luego; zando un fragmento de 2 metros de largo como células construidas por gusanos anti- por 20 centímetros de -escuadira con tal fuerza, diluvianos ; como una especie de estalactitas; que su base mayor se incrustó, al iguál que hasta que Heutzen vió en ellas los efectos del una bala de cañon, en un tabique, de encina rayo: opinion confirmada por Blumenback y de J centímetros de espesor, situado á 8 meFiedler primero, y por Hagen y Wicke des- tros de distancia. Tambien produce ' el rayo fenómenos de pues, los cuales observaron tubos aun calientes en los puntos en donde vieron caer el transporte, moviendo objetos muy pesados y lanzando personas heridas por él á distanrayo. Beudaut, Hachette y Savart obtuvieron tu- cias de 20 y 30 metros. En 1809, en Swinbos análogos á las fulguridades, descargando ton, cerca de Manchester, un muro de la gran batería del Conservatorio de Artes y 26,000 kilógramos de peso, fué arrancado de Oficios de París, á través de capas de vidrio sus cimientos y movido de J metros .por uno en polvo 6 de arena mezclada con sal para de sus extremos y de I metro por el otro. Esque fuese más fusible. Con ello obtuvieron tos prodigiosos efectos se esplican con los tubos de 25 á 30 centímetros de longi_tud por 1 principios de Pouillet, el cual atribuye estos cambios á la induccion, que se verifica con tal á 2 milímetros de diámetro interior. Rollmann obtiene tubos de esa clase por instantaneidad y con tal energía, que los cuermedio de la chispa de la máquina de Holtz, pos, cuya conductibilidad es imperfecta, están operando con polyos muy fusibles, principal- arrastrados por fluidos que no pueden cammente con flor de azufre. La descarga se veri- biar con rapidez suficiente en su rnterior. Estos efectos mecánicos se debilitan si el fica entre dos espigas metálicas sóstenidas por dos placas de vidrio taladradas, colocadas so- circuíto presenta resistencias. Por ejemplo, si

FÍSICA INDUSTRIAL

contiene un alambre fino, que se calienta y así una parte del trabajo de la descarga se transforma en calor. III. Efectos químicos.-Se concibe fácilmente que el rayo debe producir un cúmulo de descomposiciones en los cuerpos que atraviesa, transportando luego los elementos que ha separado, y colocándolos en forma de polvo impalpable sobre los demás cuerpos que encuentra. Por esto se hallan manchas ferruginosas, deposiciones infinitamente ténues de azufre, de óxido de cobre, etc., en objetos atravesados por el rayo y particularmente en los agujeros que produce. · Al atravesar el rayo el aira, determina la com binacion de ázoe y de oxígeno, y el ácido azótico formado se combina luego con un poco de amoniaco que encuentra en el aire; por esto es que las gotas de lluvia son ácidas á veces durante las tempestades. Analizada por Liebig el agua de lluvia recogida en vasos de porcelana en 77 épocas distintas, encontró, en 17 muestras procedentes de lluvias huracanadas, el ácido azótico cómbinado con amoniaco ó la cal. Al ácido nítrico, esparcido por la atmósfera despues de los huracanes, se atribuye el origen del salitre natural, como ha observado Boussingault, en América, en los alrededores de Río-Bamba, en donde el salitre se forma con más abundancia en las localidades en donde truena con más frecuencia. Así, estableciendo comparaciones, el rayo es el orígen del salitre, que forma la base de la pólvora de cañon, este otro rayo, que tan mal emplea el hombre. Olores desarrollados por el rayo.-Al pasar el rayo deja un humo espeso, procedente de las materias calcinadas ó descompuestas, acompañado de un olor muy fuerte, llamado ordinariamente olor de ar_ufre, producido en particular en los edificios. En ellos puede encontrar á veces el rayo sustancias que contengan azufre y producir un poco de ácido sulfuroso, que se mezcla con el humo sofocante que queda despues del accidente. A pesar de esta opinion, casi unánime, pocas son las veces que este olor sea el del ácido sulfuroso; puesto que en los casos observados casi nunca el humo desprendido ha excitado la tos, como lo hace el ácido sulfuroso.

Boussingaul~ ha visto caer siete veces el rayo en los árboles; vió tambien caer muerto un negro por un rayo; en Zupia uno de estos metéoros incendió su casa; en Europa cayó un rayo en su habitacion, y jamás, dice, he sentido el olor del ácido sulfuroso, pero sí un olor semejante al de madera quemada. IV. Efectos magneticos.-Al caer un rayo en un buque, se invierten generalmente los polos de la brújula; á veces tambien pierden éstas su magnetismo, y en algunos casos cambia el eje magnético, formando con el eje de figur.a un ángulo que puede ser de 90 grados, y entonces la aguja se dirije del Este al Oeste. Por lo tanto, es muy conveniente comprobar las agujas en los buques en los cuales haya caido un rayo. El hierro y los instrumentos de acero, se imantan al caer un rayo cerca de ellos. El 19 de mayo de 1819 penetro un rayo.en una tienda de zapatero, en Obergunzbourg, imantando de tal modo las herramientas, que era muy costoso separarlas unas de otras. Se comprende fácilmente que la imantacion del hierro y el acero-de los buques puede falsear las indicaciones de las brújulas; tanto es así, que navegand·o Duperrey cerca de Australia, observó üna marcha tan acelerada en sus cronómetros·, por efecto de la imantacion, que la lorrgitud calculada con sus indicaciones correspondia á un punto situado á 40 leguas tierra adentro. V. Efectos fisiológicos.-El rayo derriba, hiere, mata los hombres y los animales. Se ha observado que los cadáveres entran rápidamente en putrefaccion. A veces no se observa ninguna lesion exterior en ellos; otras veces se notan unos surcos sin piel, heridas sanguinolentas, perforaciones y quemaduras. Si no existen señales exteriores, la autopsia indica una congestion en el cerebro y un derrame de sangre fuera de los vasos alcanzados. Tambien se ha comprado que e,ste líquido, extraído de las venas, pierde la propiedad de coagularse. Generalmente el fluido pasa entre los vestidos y la superficie del cuerpo, en donde se encuentra una capa de aire que pasa á ser húmedo por efecto de la transpiracion, por cuya causa la parte interior de las ropas presenta á veces señales de quemaduras.

METEOROS ELÉCTRICOS

A veces se inflaman los vestidos, los objetos metálicos se funden ó saltan, y tambien se notan en la piel señales de medallas ú otros objetos muy conductores. Las personas heridas por el rayo caen sin sentir el golpe ni ver el relámpago, como lo atestiguan las que sobreviven; sienten generalmente durante largo tiempo una gran debilidad, que indica que el sistema nervioso ha recibido una violenta sacudida. Los ganados reciben tambien los efectos del rayo, á causa de la columna de vapor que se eleva de su cuerpo, al apretarse unos con otros impelidos por el espanto, formando así una masa conductora considerable. En medicina tam bien se han hecho ensayos para curar la parálisis con la conmocion eléctrica, debido á los efectos nat~rales producidos. En 1762 en Kent, cayó un rayo en la cabaña del pastor Winter que hacia un año se encontraba paralítico, recibiendo una violenta conmocion, des pues de la cual se encontró completamente curado. En agosto de 1819, en Niort, un enfermo que hacia algunos años padecia de un reumatismo en el brazo izquierdo, cayó herido por un rayo y quedó curado igual-· mente. Choque en retroceso. -Se llama así al efecto producido en los hombres y en los animales por un rayo . que, hiriéndoles ó matándoles, cae á una gran distancia del punto en donde se encuentran. Mahon esplica este fenómeno del modo siguiente: Consideremos un punto, B (fig. 55) situado debajo de una nube densa muy cargada de electricidad positiva, con lo cual habrá induccion en el suelo, en B; el fluido negativo será atntido hácia la superficie y el fluido positivo repelido hácia las profundidades de la tierra. Si el rayo cae al punto P, se descargará la nube y los fluidos que se han descompuesto en B se juntarán súbitamente á través de los objet0s terrestres, produciendo una violenta conmocion á las personas que se encuentren en el punto B, mientras que los que se encuentren entre P y B no experimentarán ningun daño, por acumularse las electricidades en los extremos de la nube. El choque en retroceso tiene lugar cuando retumba el trueno, y se encuentran, por lo

mismo, las nubes muy cerca del suelo, así es que obran fuertemente sobre él. En los cadáveres de los hombres y de los animales, muertos por el choque en retroceso, no se nota casi nunca lesion alguna, y si ésta existe, es en la planta de los piés, en particular sí el calzado es claveteado. Precaudones que deben tomarse en tiempo de tempestad.-En las casas es conveniente alejarse de las masas conductoras, quitarse todos los objetos de metal que se lleven consigo y apartarse de las chimeneas. En el centro de una habitacioo se está menos expuesto que cerca de los muros · y de los ángulos, en donde generalmente se refugian las personas timoratas. Mayor peligro existe agrupándose fas personas que separándose unas de otras. Como el más insignificante obstáculo puede cambiar fácilmente la direccion del flúido; es muy conveniente tener cerradas las ventanas y puertas: Se han observado casos en que ha resbalado el rayo por los vestidos de seda y piezas de tela encerada sin causar ningun daño á las personas que las llevaban. Tocante al exterior, es muy expuesto guarecerse cerca de los edificios elevados, campana"rios, pajares, etc., y muy particularmente debajo de los árboles aislados. De 107 personas muertas por el rayo, de 1843 á 1854, ha ob~ervado Bandín que 21 lo han sido por hallarse debajo de los árboles. Durante las tempestades, las personas reunidas en las iglesias desprovistas de pararayos, están muy expuestas. En 1718, en una sola tempestad, cayeron rayos en 24 iglesias, comprendidas entre Land.erneau y Saint-Po! d~ Lean; y el 19 de febrero de 1860, en Bélgica, se incendiaron en menos de dos horas, ro campanarios, en una extension de unos 160 kilómetros. En sitios muy despejados es muy peligroso situarse en terrenos elevados. Si la tempestad es violenta y las nubes bajas, se buscará un ár0ol bien frondoso y se colocará á una distancia de su piJ igual á poca diferencia á su altura; si las ramas se extienden mucho en ancho, la distancia que se guarde debe ser mayor. De este modo uno se encuentra bien prnservado por ser el árbol el que recibe la d<!scarga. Si bien puede existir algun peligro en cor-

FÍSICA INDUSTRIAL

rer durante una tempestad, no lo es tanto ' globo verticalmente á la altura de la cabeza como se quiere suponer, puesto que tendría del sastre, sin que éste experimentase ninguque dar la casualidad de que el rayo cayese na impresion de calor por su proximidad. precisamen,te en la estela de aire enrarecido Luego afectando el globo una forma algo prolongada, se dirigió oblícuamente hácia un que se forma detrás del que corre. RAYO GLOBULAR.-Durante las tempestades agujero situado á un metro sobre la repisa de se ven á veces cerca del suelo unos glóbulos la chimenea, despegó sin destruirla una hoja luminosos que se mueven con lentitud, apa- de papel que le tapaba, penetró por el conrentando evitar el contacto con los cuerpos ducto de la chimenea y al llegar arriba exterrestres, marchando de un lado para otro, plotó con estrépito proyectando á lo lejos la hasta que e'x plotan súbitamente, lanzando á parte superior de ésta. Casi todos estos globos han sido precursosu alrededor rayos sinuosos brillantes, y rompiendo con violencia lo que se encuentra á su res de los rayos más desastrosos. A raiz del proximidad, al igual que un barreno. Estos accidente que en 1718 destruyó enteramente glóbul.::,s dejan á veces tras de sí un rastro -:le la iglesia de Gouesnou, cerca de Brest, obserchispas cuy-o brillo puede compararse al del vó Deslandes tres globos de fuego de más de hierro rojo ó al de la luna; su diámetro varia un metro de diámetro, que-se unieron formande algunos centímetros á un metro; segun se do uno solo q~e atravesó el muro de la iglesia ha observado, no hay necesidad de que los y explotó en su interior, haciendo saltar la cuerpos sean buenos conductores para que se cubierta y los muros. Los globos fulminantes no siempre ex.plodirijan á ellos . Esta especie de rayo, conocido con los nom- tan. En 1841, en Milán, se vió, durante una bres de rayo globular, trueno de bola, globo tempestad muy violenta, un globo de fuego fulm inante, lo cita ya Séneca; mas como no de igual tamaño y brillo que el que presenta se diese crédito á su existencia, lo observó á lo lejos la luna, recorrió una calle con sufidespues Arajo y formó con ello una tercera ciente lentitud para que se le pudiese seguirá clase de rayos, que se ha descrito científica- paso natural. Este globo fué subiendo poco mente con todos sus detalles. Se han visto á poco, chocó con -1a cruz de una iglesia y glóbulos de estos oscilar entre las nubes, y desapareció rápidamente produciendo un ruilos marinos los observan á veces como suben do sordo. El 17 de mayo de 1852 cayó un rayo á un á lo largo de los mastiles de los buques. Hamilton los vió salir de las espesas nubes de k.iló~etro de la estacion de Benzeville, sobre cenizas lanzadas por el Vesubio, durante las el ferrocarril del Havre. Este punto estaba erupciones de 1779 y de 1794 y esplotar pro- rodeado de árboles y se v-ió salir de ellos yectando chispas eléctricas muy brillantes. un globo de fuego que avanzó con lentitud Estas nubes volcánicas, muy electrizadas, pro- seguido de una estela de chispas. Dicho globo ducen al mismo tiempo multitud de relámpa- se colocó en los alambres del telégrafo eléctrico y desapareció como por encanto. En este gos ordinarios . Los siguientes detalles, publicados por Ba- instante se movieron con viveza los aparatos binet, darán una idea de las circunstancias que telegráficos de la estacion, saliendo una mulpreceden y acompañan generalmente la apa- titud de chispas de ellos, lo cual demostró que ricion de los glóbulos fulminantes. Cerca de por el alambre pasaba -la electricidad del Valde-Grace, en París, se encontraba sentado globo. ' A pesar de tantas observaciones, todavía un sastre frente de su mesita y observó como caia suavemente al marco que cerraba la chi- no se han podido explicar científicament~ menea, saliendo de él un glóbulo de fuego del los globos fulminantes; sin embargo, se tamaño de la cabeza de un niño, el cual flota- ha conseguido imitarles hasta cierto punto. ba por la pieza á alguna distancia del suelo. Planté, entre otros, obtuvo resultados muy Este g lobo se fué acercando á los piés del ope- curiosos por medio de sus pilas secundarias, rario, que los apartó para que no le tocase. que á la vez suministran grandes cantidades Al cabo de algunas evoluciones se elevó. el de electricidad y una gran tension.

METÉOROS ELÉCTRICOS

Habiendo sumergido en el agua salada contenida en un vaso de vidrio, un milímetro de electrodo negativo de platino de su pila, puso en contacto con el líquido el hilo positivo, con lo cual se formó con estrépito, alrededor de este, un globo brillante que, al levantar dicho hilo, alcanzó un centímetro de diámetro. Si se sumergia este hilo, adquiría el globo un movimiento giratorio muy rápido y se dirigía hacia el hilo negativo, .y al explotar producía una llama alrededor de este hilo. Este globo estaba formado de líquido electrizado positi varnente y en un estado esferoidal particular, que le aislaba del líquido situado á su alrededor. Si el hilo positivo se colocaba muy cerca de las paredes del vaso, se observaban surcos de luz á lo largo del vidrio, hasta tres ó cuatro centímetros de distancia de este alambre, y al aproximarse al electrodo negativo se producían explosiones. Experimentando con agua pura, obtuvo Planté glóbulos de fuego formados de aire, de vapor y de productos de la descomposicion del agua. Sumergido el hilo positivo en el líquido, aproximaba el hilo negativo, alejándole inmediatamente despues, y entonces, entre el agua y el electrodo, se formaba un glóbulo luminoso debajo del cual se veían puntos brillantes azules, cuyos movimientos indicaban que el glóbulo giraba sobre sí mismo. Para que el electrodo no se fundiese, se interponía una columna de agua en el circuíto. Apoyándose en estos experimentos, considera Planté a los glóbulos fulminantes como producto de un flujo abundante de electricidad que se dirige hácia el suelo mojado, á través de una. columna de aire saturado de humedad por la lluvia; opinion que parece confirmar el hecho de presentarse siempre dicho metéoro al terminarse las tormentas. A esto añadiremos que las trombas, de las cuales trataremos luego, que constituyen coh1mnas conductoras que salen de las nubes, dejan escapar tambien glóbulos fulminantes por su extremo. Se han observado algunas cuya parte inferior era transparente y que constituían una especie de electrodo gigantesco terminado por un globo de fuegu que oscilaba en la columna de aire húmedo á que FÍSICA.

r&n.

estaba suspendido, y salir de ella para explotar á cierta distancia. Teniendo esto en consideracion, podria explicarse en cierto modo la forrnacion de los globos •fulminantes, diciendo que están formados de materia ponderable en un estado eléctrico particular. lNDUCCION DE LAS NUBES TEMPESTUOSAS SOBRE

Las nubes electrizadas pueden producir por induccion, en los objetos terrestres, varios efectos muy notables. Arago cita ciertos manantiales que brotan con más abundancia cuando hay tempestad. La fuente llamada Cuba de César, en e:I. monte de Oro, en América, vierte dos columnas de agua verticales que borbotan produciendo un ruido particular; y, segun Bertrand, es mucho más fuerte este ruido en tiempo tempestuoso. Brugnatelli dice haber observado despues de una tempestad, que las aguas de un lago se convertían en blancas y turbulentas, y arrojaban durante los dias siguientes una multitud de peces muertos. Ciertas inundaciones observadas despues de las tempestades, se atribuyen, en parte, á masas de agua considerables absorbidas de las entrañas de la tierra por la atraccion eléctrica de las nubes. En 1852, observó Liais en Cherburgo una baja marea, durante la cual babia bajado el mar en diez minutos tanto como lo efectua ordinariamente en dos horas, mientras una gran tempestad se iba alejando de la orilla; atribuyendo este fenómeno á la accion de las nubes que atraian las aguas hácia la plena mar. Tambien, durante ciertas tempestades, se ha visto elevarse el agua del mar en forma de cono, y caer en espuma para subir de nuevo. El hecho siguiente, citado por Arago, demuestra la existencia de una accion eléctrica producida en el suelo por las nubes tempestuosas. El 19 de julio de 1785, en lo alto de una rnmpa, cerca de Coldstrearn, cayeron muertos el conductor y los dos caballos de una carreta cargada de hulla, percibiéndose un ruido semejante á varios disparos de fusil. Se observaron dos agujeros en el suelo de cinco centímetros de diámetro, en los puntos en donde apoyaban· las ruedas, cuyas llantas de hierro presentaban señales de fusion. La -madera tambien sufrió en varios puntos y una parLA TIERRA. -

T. 11-106

FÍSICA INDUSTRIAL

te del carbon estaba diseminado á distancia, presentando señales de calcinacion. Esto tuvo lugar cuando se iba alejando una violenta tempestad que pasó por dicha comarca, sin que se viera ningun relámpago en .el momento de la catástrofe. Debe observarse que el país sufría hacia tiempo una gran sequia. Fuego de San Telmo.-La induccion ejercida en la tierra por las nubes tempestuosas produce muchas veces en las partes salientes de los cuerpos como una especie·de penachos luminosos acompañados de un ligero chisporroteo. Estos penachos ya los observaban los antiguos, y deducian varios presagios de ellos. Cesar vió las puntas de las lanzas de una legion que adquirían cierto brillo especial durante una noche de tempestad. Varios viajeros han observado tambien los mismos efectos en los caballos, en los bordes de sus sombreros, en las puntas de los dedos al levantar las manos. A veces, en vez de penachitos divergentes, solo se nota un débil resplandor globular en las puntas, lo cual parece indicar que están electrizadas negativamente. En los buques se obsei-van á menudo estos r{Jsplandores silva-ntes, en las puntas de los masteleros y de las vergas, y en los :filamentos de las cuerdas. Los antiguos los conocian con el nombre de Castor y Polux; los marinos mo dernos les Llaman Fuego de San Telmo, de San Nicolás, de Santa Clara, de Santa Elena. Los portugueses les llaman carpo-santo, y los ingleses comor_auts. Los marineros les atribuyen un cúmulo de acciones que demuestran sus ideas supersticiosas y cuando menos los consideran generalmente como un presagio de buen tiempo. En vez de simples penachos se han observado tambien resplandores bastante extensos y brillantes comparables á las llamas. En 1713 observó Maffin en el castillo de Fordinovo, durante una tempestad, en el embaldosado de una sala de la planta baja, una llama viva muy agitada que desapareció con la misma rapidez con que se habia formado ; en el mismo instante percibió un ruido bastante .intenso, se desprendió parte de la argamasa de la bóveda y sintió una especie de cosquilleo eléctrico en su espalda. Al caer uno de esos metéoros sobre la torre de Casalaone, en 1731, se vió un gran

fuego antes de la explosion. El abate Jerónimo Lioni de Ceneda, observó, cerca de Venecia, durante una de las tempestades más desencadenadas, una llama muy viva que se elevó rápidamente de la tierra á una altura de dos codos, y desapareció súbitamente produciendo una violenta explosion. Estos varios fenómenos son precursores de los que vamos á examinar ahora. Rayos progresivos y ascendentes.-Ordinariamente la explosion del rayo es instantá'nea, produciéndose el relámpago en el mismo momento en todo~ los puntos de su trayecto. En este caso no es posible decir si el rayo ba;a ó sube. De las numerosas observaciones que se han hecho, resulta que la chispa eléctrica puede marchar con movimiento progresivo ~astante lento comparable á un cohete, y tambien de abajo arriba, en cuyo caso se le llama rayo ascendente. La cuestion de los rayos ascendentes hadado lugar muchas controversias. Maffei y Bertholon sostienen que el rayo se lanza siempre de abajo arriba, como lo prueba Bertholon con los hechos siguientes que cita. En 1725, vió Segnier, cerca de Nimes, una llama muyancha que se elevaba de la tierra y desa parecia luego produciendo expl_osion; en la llanura situada entre Verona y Mantua, observó varias veces unas ráfagas relumbrantes que salían con rapidez de la tierra en línea recta, y desaparecían prontamente, seguidas casi todas ellas de un ruido semejante al trueno. Chappe y Cassini, en agosto de í767, en el Observatorio de Parí e; y Bestholon en 1772, cerca de To losa, vieron ráfagas de fuego que subian como los cohetes, disminuyendo en grueso y en brillo á medida que se elevaban. Bouguer, Lalande, Beccaria, Peltier, citan fenómenos análogos, y es muy probable que se encontrase electrizado el suelo positivamente. En 1776, vió Cotte con la mayor claridad y repetidamente, dos corrien.tes de fuego que salían, una de la tierra y otra de las nubes, par~ reunirse y explotar: Kaemtz vió varias veces salir dos relámpagos de dos nubes y juntarse en mitad del espacio que las separaba. Estos fenómenos, que se explican por la polaridad molecular del medio atravesado, se pueden imitar muy bien por medio de los

METÉOROS ELÉCTRICOS

aparatos eléctricos. Por ejemplo, si se acerca En muchos pueblos se tiene la costumbre la mano al conductor de una máquina de de echar las campanas á vuelo en tiempo de modo que se obtenga un penacho muy largo, tempestad, obedeciendo á ideas religiosas. es fácil que se produzca en su centro una chis- Mas el sinnúmero de accidentes que esto propa color violeta que se alarga rápidamente ducia obligó ya á principios de este siglo á serpenteando, se adelgaza hasta formar punta dictar disposiciones para impedir se practicara y desaparece antes de llegar á la mano, perci- semejante costumbre, que, por otra parte, á biéndose, al propio tiempo, un crujido sordo, pesar de que la ciencia la condena, se insiste muy distinto del ruido claro que produce la aun en ello. chispa ordinaria. Unos pretenden que el ruido de las campaSi se producen chispas sobre el extremo de nas atrae el trueno, y otros sostienen que esta una ancha placa de vidrio cubierta de ventu- práctica no ejercé ninguna influencia en el rina, cuyo otro extremo comunique con el meteoro. Deslandes cita el huracan que desuelo, se ve un serpenteado que sale de los vastó la Bretaña en 1718, entre Landerneau dos extremos pero sin juntarse uno con otro. y Saint-Paul-de-Leon, durante el cual el rayo En el espacio que qu_eda libre se producen una hirió 24 campanarios en los cuales sonaban multitud de puntos brillantes. las campanas, mientras que los demás no sufrieron ningun daño. A pesar de esto, no se Medios de preservarse del rayo.-Para-rayos. ha podido probar aun este último punto; en muchos casos, el meteoro no deja ninguna En la más remota antigüedad ya se busca- señal de su paso, particularmente cuando se ban los medios de poderse preservar de los p1'esenta un condudor contínuo, como el que efectos deL rayo, cuyas primeras prácticas es- forman la campana y rn cuerda, cuyo extremo taban fundadas, como es de _suponer, en ideas inferior está generalmente enganchado al supersticiosas. muro. Por lo tanto, en los campanarios en Segun Plinio, creian los antiguos que el don~e no se tocaban las campanas, debia forrayo no penetraba más allá de unos dos me-. zosamente el campanero observar el fenómetras en la tierra; así, para preservarse Augusto no. De todos modos la costumbre de tocar las de este metéoro, se refugiaba debajo de bóve- campanas debe combatirse siempre, por el das muy gruesas, durante las tempestades. peligro inminente en que se encuentra consKcempfer recuerda que los emperádores del tantemente el campanero. Japon se situaban debajo de unos depósitos de En I 785, en una estadística que se formó en agua. Franklin aconseja:recostarse en una ha- Alemania, se ve que en el espacio de 33 años maca suspendida con cuerdas de seda. Romas cayó el rayo en 38ti campanarios y mató 120 revestía el techo y los muros de una cámara campaneros. con un tejido de alambre de hierro, cuyas PARA-RAYos.-Descubierta por Franklin la partes inferior_es se unían á otro alambre más potencia de ·las puntas, trató de aplicarla para grueso, tambien de hierro, que comunicaba descargar las nubes electrizadas. Ya hemos con el suelo, cuyo medio es ru.uy excelen- citado antes los experimentos que se hicieron te, pero poco práctico. · en esa época, una de las más brillantes, sin Volta estaba en la creencia de que"los gran- duda, de la historia de la física, ya por medio des fuegos podrían influir mucho en las nubes de una barra terminada en punta, ó ya con descargándolas; en efecto, sabemos que los una cometa. Los primeros para-rayos aparegases que salen de una llama descargan los cieron poco tiempo despues en Filadelfia. conductores de nuestras máquinas; pero se Un para-rayos consiste en una barra de necesitaria para ello un aire tranquilo y nubes hierro vertical a b (fig. 56) llamada espiga, muy bajas para que la columna de gases ca- terminada en punta, que comunica íntimalientes subiese hasta ellas. Tambien se ha mente con el suelo por un conductor contíaconsejad:o dividir las nubes con una bala de nuo b c de. Este aparato se coloca en la parte cañon; pero la experiencia ha demostrado la más elevada del edificio que se quiere preinutilidad de esta práctica. servar.

FÍSICA INDUSTRIAL

La primera mision de un para-rayos consis- la punta, va á parar á la nube que le atrae, te en preservar el edificio de los efectos del neutraliza una parte del flúido que se encuenrayo. Es evidente que la descarga que sale de tra en ella é impide al propio tiempo la acuun punto situado sobre el edificio, herirá pre- mulaci6n de la electricidad en el edificio. La salida de esta electricidad por la punta, ferentemente el extremo de la espiga, por ser ella el objeto más elevado y constituir un puede en algunos casos fundirla si está muy buen conductor, en el cual se resuelve más fá- afilada, y producir igualmente un penachito cilmente la descomposicion por influencia que luminoso de 15 á 20 centímetros, visible en la en la madera ó en la piedra; encontrando oscuridad. El flujo de electricidad que baja al luego el flúido .un conductor- contínuo irá á suelo puede ser muy considerable á veces, perderse en el suelo sin ocasionar desgastes. por lo mismo es muy prudente no acercarse Espact"opreservado.-Charles suponía, apo- mucho á él, en atencion á que parte de este yado en un gran número de observaciones , flúido puede cambiar de direccion atraído por que un para-rayos préserva los objetos colo- el imprudente que se coloque cerca, si se precados en un radio igual al doble de su altura, sentare alguna resistencia en la com_unicacion sobre el plano horizontal considerado. Segun con el suelo. · CONSTRUCCIO N DEL PARA-RAYOS .-!. Espiga. esta opinion generalmente adoptada, será preciso armar los grandes edificios con varias -La espiga del para-rayos es una barra de espigas, colocándolas á una distancia unas de hierro que se va adelgazando gradualmente otrns menor que cuatro veces su altura. Por de abajo arriba. Si tiene de 8 á IO metros de lo demás, es preferible emplear varios para - altura, se da á su base, suponiéndola cuadrarayos de 3 á 5 metros de altura que no un nú- da, de 54 á 63 milímetros de lado. Esta espiga mero menor de ellos de 7 á 8 metros. Como el se compone á veces de dos partes: la una A rayo hiere á veces lateralmente ciertos edifi- C B (fig. 57), fija al entramado de la cubierta, cios, se disponen espigas inclinadas en los sin necesidad de aislarla, y que lleva una plabordes superiores para recibir los golpes oblí- tina m n destinada á verter el agua de lluvia fuera; la otra D E, encaja exactamente en la cuos . . Si el edificio contiene grandes masas metá- primera, por medio de una mecha cónica a, licas, como son las tuberías de desagüe, las retenida con un tornillo de relojero. Por estar expuesto el hierro á la oxidacion, piezas de plomo ó de zinc de las cubiertas, los depósitos de agua, columnas de sostenimien- al principio se formaba la punta con una esto, etc., etc., la induccion en estas masas es piga o _v, de cobre, de 33 centimetros de altura, considerable, y como están muy expuestas á roscada á la de hierro. El extremo de esta que las hiera el rayo, á pesar de estar situadas punta está dorado, ó mejor, como lo ha imadentro del radio ordinario preservado, se las ginado Beyer, está terminada por una pequedebe poner en comunicacion con el conductor ña aguja de platino, r, de 5 centímetros de del para-rayos. Si sólo se trata de preservar - longitud. Esta aguja está soldada, con plata, el edificio, ya la cubierta de zinc, las placas de en o, á la espiga de cobre y consolidada por plomo que guarnecen sus ángulos y que co- un pequeño manguito de cobre R. Perrot observa que una punta descarga tanmunican con el suelo por los tubos de desagüe, constituyen por sí solos verdaderos to mejor un conductor cuanto más afilada esté; pero, como ya hemos dicho, tienen así el inpara-rayos. Acct"on preventlva. - El para-rayos obra conveniente de estar propensas á fundirse. Las tambien neutralizando poco á poco la electri- mejores puntas son aquellas cuyo ángulo tiecidad de las nubes, impidiendo la explosion ne 30 grados (fig. 58). El cono de platino A del rayo, en cuyo caso es cuando la punta des- está roscado al extremo de la espiga de hierro. empeña su mision más importante. La elec- Deleuil sustituye el cono macizo con una cáptricidad de la nube obra por induccion en el sula de platino B, soldada á otro cono de para-rayos y los cuerpos contiguos, repele hierro que ocupa todo su interior. Tambien , hacia el suelo el fluido de igual signo y atrae se emplean puntas más sencillas de cobre mael fluido de signo contrario, que escapa por cizo, roscadas al extremo de la espiga de hier-

METÉOROS ELECTRICOS

ro C (fi.g. 59). Por ser el cobre mejor conductor que el platino, está menos expuesto á fundirse por la descarga, y aunque más oxidable, es generalmente el preferido. Perrot propone armar la espiga con una corona de puntas para obtener una accion neutralizante considerable, como lo comprueba directamente descargando baterías por medio de puntas. Tambien aconseja colocar puntas divergentes en la base de la espiga, demostrando al propio tiempo que un para-rayos de puntas múltiples preserva una zona_ mucho más extensa que cuando consta de una sola punta. II. Conductor. - El conductor se fija al pié de la espiga, ya por medio de un collarín c (fig. 57) ó por un estribo F. Está sostenido en la cubierta por horquillas fijas al entramamado, y á lo largo de los muros con grapas. Se le hace seguir los contornos del edificio, procurando que no afecte curvas demasiado bruscas, para que el fluido no escape del conductor, para lo cual y para mayor seguridad se colocan á menudo dos (fig. 56). Si hay más de un para-rayos en un mismo edificio, se requiere á lo menos un conductor para cada dos espigas, haciéndoles comunicar además todos entre sí. Ordinariamente se da al conductor un grueso de 17 milímetros, si es cilíndrico, y de 15 milímetros si es cuadrado. Si el conductor fuese de cobre, metal seis veces mejor conductor que el hierro, bastaría una seccion seis veces menor. Como casi siempre el conductor está formado de varias barras unidas unas á continuacion de las otras, debe tenerse mucho cuidado en las uniones. Por lo tanto se las suelda con estaño, en superficies que á lo menos tengan ro centímetros cuadrados de seccion, consolidándoles al propio tiempo con tornillos, con pernos ó con manguitos. En los para-rayos de los polvorines, las más insignificantes soluciones de continuidad pueden ocasionar daños, por producir chispas susceptibles de comunicar con el polvillo de la pólvora .que flota por el aire. Por lo mismo, se tiene la costumbre, como lo propuso ya Toaldo en 1776, de colocar los para-rayos sobre columnas ó mastiles situados al rededor del polvorín. Si esto no fuese posible, se colocan para-rayos sin espigas sobre los edifi-

cios, y en ellos obran las nubes con muy poca intensidad; así, durante las tempestades, la cantidad de electricidad que pasa por el conductor es niuy escasa. Beyer ha ideado como conductores, cables de alambre de hierro, con los cuales no es posible existan soluciones de continuidad. Ordinariamente se compone de cuatro cables de 15 hilos cada uno, unidos entre sí, formando uno solo. Estos cuatro cables se alquitranan separadamente y luego se hace lo mismo con el cable entero para que no se exide. El cable debe tener de 16 á 18 milímetros de diámetro. Se le suelda al pié de la espiga y á la barra de hierro que penetra en el terreno, dé tal suerte que pueda pasar igualmente el flúido por todos los hilos; de no ser así se fundirian algunos de ellos y se rompería el cable. Es muy ventajoso estañar los extremos de los hilos y soldarles con estaño en una extension de ro centímetros á lo menos, para farmar así un cílindro macizo. Los tubos de bajada de 13s aguas pluviales pueden suplir tambien la insuficiencia de los conductores, por lo tanto, es muy útil ponerles en comunicacion con las espigas de los para--rayos. Las cadenas que muchas veces se emplean, deben desecharse completamente, por comunicar los anillos entre sí por superficies de contacto muy reducidas, en las cuales es fácil se produzca fusion; que es lo que sucedió el 19 de abril-de 1827 en la cadena del buque New- York, que se rompió en fragmentos en casi toda su longitud, cubriéndose el puente de glóbulos de-hierro incandescentes gruesos como balas de fusil. III. Comunicacion con el suelo.-La parte del para-rayos á que debe prestar más atencion el constructor, es la rair_, es decir, la parte que se introduce en el terreno. Si se dispone de pozo, á él se hace bajar el conductor, sumergiéndole medio metro á lo menos en el agua al nivel más bajo (e fig. 56), terminándola con varias raíces para facilitar la difusion del fluido. La barra de hierro va de la base del edificio al pozo, á través de un conducto de ladrillos que no se unan bien y lleno de carbon calcinado, que preserva la barra de la oxidacion y deja pasar fácilmente la electricidad al suelo. Hay barras de estas ·que hau durado más de treinta años.

FÍSICA INDUSTRIAL

Si no es posible utilizar ningun pozo, se practica un ancho agujero vertical, suficientemente profundo para que encuentre una capa acuífera. En el eje de este agujero se fija el extremo de la barra ramificada, y se le llena con pedazos pequeños de cok ó car bon calcinado ó cisco de panadero El carbon ordinario no es bueno por ser mal conductor. ' En el punto en donde el conductor penetra en el suelo, es conveniente adaptar un ramal secundario que se extienda sobre l_a capa superficial, que, con la lluvia, se convierte en conductora y puede encontrarse separada de las capas húmedas profundas por capas que una gran sequia haya vuelto poco conductoras. En los terrenos secos ó de roca, se practica un canalizo con muchas ramificaciones, en las cuales se coloca el conductor cubierto con cok, para compensar, por la extension de la superficie de contacto, lo que falte á la conductibilidad del suelo. Tambien se ha visto causar el rayo grandes perjuicios á los edificios provistos de pararayos cu_yo conductor iba á parar á una cisterna seca, ·por impedir los materiales de albañileria de que estaba formada, la salida de la electricidad. Un para-rayos que comunique íntimamente con el suelo, no puede ser de ningun modo peligroso, cuya condicion es muy esencial. Melsens adopta un sistema digno de imitarse por sus escelentes resultados. En las casas consístoriales de Bruselas colocó para-rayos de puntas múltiples, que puso en comunicacion con los tubos de conduccion del agua y del gas. Si la comunicacion con el suelo no está suficientemente bien establecida, está más expuesto el edificio con el para-rayos que sin él, á causa de la gran elevacion y de la naturaleza metálica de este último; á parte de que, si el rayo no hiere al edificio, se acumula una gran cantidad de electricidad repelida por la de la nube, electricidad que puede dirigirse á los cuerpos contiguos, produciendo explosion. Para-rayos de los buques.-Los buques son las construcciones que más expuestas están á ser heridas por el rayo. En ellos el para-rayos se compone de una punta de cobre implantapa en la extremidad de un mastil, y á la cual

está soldado· un cable de alambre de hierro, que comunica con el blindaje del buque. ' En los buques de gran porte se colocan dos para-rayos á lo menos, uno en el palo mayor y ·otro en el trinquete. Harris, que se ha ocupado muy particularmente de los para-rayos de los buques, forma el conductor de una série de hojas de cobre aplicadas al mastelero, que pone en comuuicacion con el blindaje, por medio de anchas placas metálicas situadas á los costados del buque, para facilitar así mejor aun el paso de la electricidad. Estas placas son susceptibles de tomar cualquier posicion y forma que se les dé y protegen la embarcacion, aunque estén deteriorados ó rotos los masteleros, por cuanto se las distribuye y une entre sí de tal modo que sea el que fuere el punto herido por el rayo, no es posible que penetre la electricidad en un circuito de que no formen parte estos conductores. Este es el sistema que desde 1830 se emplea en la Marina de guerra de Inglaterra. Utilidad de los para-rayos.-Desde la invencion de los para-rayos, en 1752, se ha comprobado sobradamente su utilidad, á pesar de haberles supuesto peligrosos y de que atraian el rayo. Esto que, por otra parte, se concibe muy bien si se comparan la sencillez de los medios á la magnitud de los efectos que se desean conjurar, no ha podido menos de ceder ante la evidencia de los hechos, tanto, que no hay país civilizado que no los adopte. El primer punto donde se aplicaron fné en Filadelfia, país muy perjudicado antes por el rayo. De Améric~ pasaron á Italia, á Alemania, á Francia y á España. Así que se hubo observado que los pararayos preservaban los edificios, se comprobó la utilidad de las puntas. Los ingleses, y muy particularmente el rey Jorge, en odio á Franklin, recomendaban terminar las espigas por bolas. Pretender quitar á las nubes una cantidad notable de electricidad, es, decian, querer agotar un lago por medio de una simple llave. Observamos que no se trata de destruir toda fa electricidad de las nuoes, sino de disminuir solamente la tensioh para que no se produzca descarga sobre la tierra. Por lo demás, estas cantidades absorbidas

METEOROS ELÉCTRICOS

son considerables realmente> como lo demuestran los experimentos de la cometa y las que cita Arago: Beccaria, en 1753, instaló en una iglesia ~e Turin una barra aislada con punta móvil, para poderla dirígir libremente hacia arriba ó hacia abajo, empleando para ello un cordel de seda. Esta punta comunicab·a con el suelo por medio de un conductor interrumpido. Durante la tempestad y cuaudo la punta miraba arriba, se producian en la interrupcion un sinnúmero de chispas tan compactas qu e parecían formar una sola; y al colocar la punta pacia abajo, apenas se producían chispas. Además, más de una vez se ha comprobado que las tempestades impelidas por el viento_ sobre los edificios provistos de para-rayos de puntas, se debilitan -casi inmediatamente, ó disminuyen, á lo menos, notablemente de intensidad. De una multitud de observaciones resulta además que, no tan sólo los para-rayos de puntas preservan al edificio cuando le )liere el rayo, si que tambien, casi siempre evitan la explosion sobre él; como lo demuestran los siguientes hechos citados por Arago . En Corinto era tanta la frecuencia con que heria e1 rayo una iglesia situada en una altura, que fué 'preciso cerrar!& al culto durante el verano. Habiendo colocado un para-rayos en ella, en 25 años recibió solamente un rayo que no produjo ningun daño en ella. El !J.alacio Valentino de Turin, la iglesia de San Marcos de Venecia, la torre de Sienna, tambien les perjudicaba muy á menudo el rayo, hasta que se colocaron para-rayos en estos edificios. En el puerto Rea-1, en Jamaica, se dió el caso de dos buques heridos por el rayo, rodeados de otros muchos, siendo ellos los únicos que no tenian para-rayos. En 2r de mayo de 183 r el buque Caledonia estaba rodeado de rayos que chocaban con el mar y la orilla, en la babia de Plymonth, sin que le alcanzase ninguno, debido al para-rayos de que estaba provisto. De todo esto se deduce que en los para-rayos de puntas rara vez cae el rayo en ellos; pero puede caer, puesto que en ciertas condiciones puede producirse una chispa en una punta. Una descarga en las nubes puede, pues, motivar una segunda descarga entre otra parte de la nube y la punta de un pararayos .

Dupré ha observado 168 casos, de los cuales 144 rayos han herido á para-rayos distintos, y de éstos 51 á lo menos estaban armados de puntas, entre las cuales se fundieron en parte 30 de ellas, probablemente por ser demasiado finas. Si se consideran los desgastes ocasionados por el r~yo, los peligros á que están expuestos los edificios heridos, se comprende la gran necesidad de proveer de para-rayos las construcciones elevadas, las casas aisladas, y particularmente las iglesias de los pueblos. El gasto que exige su construccion es muy insignificante si se compara con el que ocasiona la reparacion de los daños recibidos. Las chozas ó cabañas pueden preservarse muy económicamente colocando una cuerda de paja que salga del punto más alto de la cubierta y cuyo extremo inferior se introduzca en el terreno. Con la lluvia se vuelve cou_ductora. Si se plantan álamos alrededor de una casa cuyas copas dominen la cubierta del edificio podrán preservarla siempre q,_ue los troncos comuniquen metálicarnen te, á partir de uno ó de dos metros de altura, con terreno húmedo como lo recomienda Colladon; de no ser así pasará la descarga del tronco á la casa. En la mar son muy frecuentes los rayos y tanto más temibles por ocasionar á veces la pérdida del buque. M. Arris cita más de 200 casos de rayos que perjudicaron los buques de la marina inglesa. En cierta época, 40 buques de llnea, 20 fragatas y JO corbetas quedaron fuera de servicio, debido á 70 rayos, de los cuales JO incendíaron varias partes del bÚque. Tambien cita 54 embarcaciones mercantes heridas, de las cuales 18 se perdieron completamente. Hemos dicho al principio que el rayo no es más que una descarga eléctrica cambiada entre las nubes y la tierra, y que la potencia de una descarga de este género puede ser pequeña hasta el punto de no ser muy peligrosa, y tan grande que puede producir en un edificio estragos semejantes á una explosion de dina-mita. Otras veces una poteflte descarga eléctrica, al penetrar en un edificio encuentra tales condiciones que se ramifica en multitud de peq_ueñas chispas, aminorándose de este modo las fatales consecuencias del accidente.

FÍSICA INDUSTRJ AL

Desde la pequeña chispa eléctrica producida caloríficos (evaporacion, sublimacion, incenpor las máquinas electrostáticas, hasta la dios), que puede producir un cuerpo cuya enorme de que vamos á tratar, cabe una es- masa es m, animado de una velocidad v, escala inmensa de descargas eléctricas, cuya tán condensados y representados en la fórvariable energía depende de la diferencia de mula potenciales entre la nube tempestuosa y la m v' kilo[[rámetros, 2.. tierra, y de la cantidad de electricidad puesta , 2 en movimiento. Los desastrosos efectos producidos por el así como todos los efectos mecánicos y calorayo dependeil, en suma, de la energia de la ríficos que puede producir una descarga elécdescarga. Representando por P la diferencia trica de una cantidad de electricidad C impulde potenciales (en volts) entre la tierra y la sada del potencial P, están resumidos y exprenube, y por C la cantidad de electricidad (en sados en la fórmula coulombs) de la descarga, la energía viene 1 - - C P kilográmetros. representada por 10 C P coulombs-volts,

ó bien ' tros. CPk.l - t ograme -

Vemos que la energía mecánica, como la electricidad (como todas), pueden medirse y expresarse por una misma unidad.

El factor Pes el factor temible, porque este es el que alcanza valores que espantan, de muchos miles de volts. La cantidad C de electricidad, ósea el segundo factor de la energía, no es grande; una pila de mediana potencia puede dar en muy pocos minutos la cantidad de electricidad que envuelve la más terrible descarga eléctrica. Resulta, pues, que el producto P C. á quien se deben todos los efectos desastrosos del rayo, ya sean mecánicos, ya calóricos, ya luminosos, si es grande, lo debe todo principalmente al factor P. Pero, si terribles y potentes son los efectos citados del rayo, mas graves é infinitamente más terribles lo son en el organismo animal, Aquí tambien es el potencial la principal causa de las catástrofes personales que suelen acompañar al rayo. Aquí tambien puede decirse que es relativamente inofensivo el factor C: toda la electricidad de un rayo produciria poco ó ningun efecto en el organismo, si al atravesar éste no lo hiciese animada de una espantosa velocidad. Porque el potencial representa en los fenómenos eléctricos un papel análogo al que representa el cuadrado de la velocidad en los fenómenos mecánicos, así como la cantidad C de electricidad representa el papel de la masa. Todos los efectos mecánicos (roturas, dislocaciones, torsiones, proyecciones), los

El kilográmetro: que el potencial eléctrico P hace el mismo efecto que v• y que la masa eléctrica C hace el etecto de la masa verdadera m del cuerpo que se mueve. Una bala de fusiló de cañon cuya masa es m, y que sale del arma con la velocidad v, podrá producir efectos desastrosos mecánicos ó caloríficos proporcionados á la energía que tiene y que es

2.. m v'. 2

Poco importa que el factor m sea pequeño si el v• es grande. La esplosion de una caldera de vapor ó de una vasija cualquiera que contiene un gas fuertemen_te comprimido, ó de un cartucho de pólvora ó de dinamita, representa la transformacion casi instantánea de una cierta cantidad de energía potencial, ó llámese de posicion, en energía altua! bajo la forma mecánica. Supongamos que tenemos cargada, de vapor una caldera á ocho atmósferas, y que, por circunstancias que no son del caso, la resistencia del metal es insuficiente, en un momento dado, para resistir la presion. La caldera cede por varios puntos y sus pesados trozos son proyectados á largas distancias, juntamente con la masa de ladrillos del hogar, atravesando, destruyendo techos, muros y produciendo acaso, con desgracias personales, la total ruina del edificio y maltratando á los próximos.

METÉOROS ELÉCTRICOS

Pues bien: todo ese conjunto de destrozos supone una cierta energia que es, ni más ni menos, la que estaba almacenada en la caldera , y que á haber salido de ésta durante algunos minutos, hubiera pacíficamente movido la máquina de vapor y producido su efecto mecánico en las demás máquinas. Lo terrible del accidente lo ha originado una cuestion de tiempo mínimo que se traduce en el acto por una cuestion de velocidad máxima. La explosion de una caldera de vapor á cuatro atmósferas produce una catástrofe; la explosion de una prensa hidráulica á 400 atmósferas ó más no producirá ninguna. La razon es clara: la caldera tiene energía almacenada en estado potencial; la prensa no tiene casi ninguna energía almacenada. Cuando una nube se encuentra con un potencial distinto del de la tierra, sea éste mayor ó menor que el otro, se verificará entre ambos el chispazo ó no, segun sea la distancia entre ambos cuerpos, la conductibilidad terrestre en aquel ,punto y la mayor ó menor humedad del aire. Atendiendo solamente á las causas más preponderantes, podemos decir que el rayo estallará ó no, segun sea la diferencia de potenciales eutre la nube y la tierra y la distancia entre ambas. Cuanto mayor sea la-distancia entre las nubes y la tierra, mayor será la probabilidad de que la nube tempestuosa pase sin -d escargar, pero más terribles serán los efectos si estalla, porque supone una gran diferencia de potenciales. Si á este gran potencial se une una gran carga, tendremos los más terribles efectos de la energia. El efecto de los para-rayos es disminuir esta terrible diferencia de potenciales, causa de la descarga. El para-rayos en efecto, tiende á igualar los potenciales de la nube y de la tierra; de aquí su efecto preventivo, el cual, no solamente favorece al edificio que encontrándose bajo la nube es el más amenazado por ser el más próximo, sino que indirectamente favorece á todos los situados en la zona ó camino que la nube ha de recorrer; favor que podrá ser que no alcance á gran extension de terreno, porque la nube puede ir ganando olra vez el potencial que le hizo perder el para-rayos, en un momento dado. FÍSICA. IND.

ºEntre las causas que pueden producir el estado eléctrico de las nubes ó su diferencia de potencial con la tierra, hay en nuestro concepto una, sobre la que no vemos se haya fijado la atencion de los físicos. Cuando un cuerpo, relativamente buen conductor de la electricidad, como es la nube, se mueve en un campo magnético, que tal es en efecto la atmósfera terrestre, si el movimiento del cuerpo ó la nube no es paralelo á las líneas de fuerza del campo, la accion de éste basta para descomponer el flúido neutro de la nube y cargar sus mitades de flúidos contrarios; la ~ube puede romperse durante su marcha, puede cargar por influencia nubes próximas, etc. En una palabra, en este fenómeno de puro movimiento, parece que existe una causa de produccion de electricidad, que puede agregarse al frotamiento, á la condensacion del vapor de agua transparente para convertirse en vesicular, á la evaporacion, al frotamiento de las vesículas ó de las gotas sobre el aire, etcétera, á todas aquellas reuniones de causas nial definidas aun, con que vagamente se explica hoy la produccion de la electricidad de las nubes. Como ejemplo de la gran energia que á veces envuelve uno de esos chispazos eléctricos que llamamos rayo, terminaremos refiriendo la catástrofe acaecida en la columna monumental de Mazagran, en Argelia. Esta columna fué totalmente destruida por un rayo, el año 1885. ·Habia sido erigida para perpetuar la memoria del heroismo que demostraron el capitan Lelievre y los 123 soldados franceses que durante cuatro dias sostuvieron el choque de 12,000 árabes mandados por uno de los principales lugartenientes de Ab-el-Kader. En una furiosa tempestad se produjo un formidable estallido, seco, desgarrado, estridente y corto, como el trueno del rayo próximo, que sembró el espanto en los habitantes de Mostaganem. El rayo cayó sobre la estátua de la Victoria á que la columna servia de soporte; siguió su camino á tierra por un alma gruesa de hierro que existía en el interior y á todo lo largo de la columna. Al llegar á la base de ésta, encontrando sin duda unos cimientos malos conductores, el rayo ó la chispa saltó en distintas direcciones, ramificánT. ll-Io7

8;o

FÍSICA INDUSTRIAL

dose para penetrar en tierra. Pero esta ramificacion, equivalente en sus efectos á una explosion de dinamita, hizo sajtar en trozos todo el pedestal, proyectando con fuerza hacia tue ra sus enormes sillares. Del fuste de la columna no queda nada: sus fragmentos fueron lanzados en todas direcciones sobre campos y sobre casas, entre otras, sobre la escuela, cuyas ventanas fueron destrozadas y cortados muchos de los árboles que habia en el patio. Completaremos este estudio de los pararay<;>s dando á conocer lo que se hace en Alemania para comprobar el estado de una instalacion. La instalacion de los p,ara-rayos se hace hoy por cualquier industrial que se dedique á esta clase de trabajos, y no siempre puede asegurarse que lo hará con completa' inteligencia; pocas ve~es someterá su obra, déspues de terminada, á una mediana comprobacion, y nunca medirá la resistencia de los conductores y la de la tierra. Terminada, mal ó bien, y nunca medida , la instalacion, nadie vuelve á acordarse más de ella. Pudiera suceder que las puntas hayan desaparecido, que el conductor se haya roto, que un contacto se haya estropeado, que la comunicacion con tierra se ha ya perdido ó adquirido gran resistencia; en una palabra, pu diera suceder que el estado de la instalado n fuese tal, que más que de defensa sirva el para-rayos de provocadon á la tempestuosa nube, y de amenaza con~tante para el edificio. Los propietarios que para resguardar sus edificios han hecho gastos, algunas veces de consideracion, acaso ignoran la conveniencia de asegurarse del estado del para-rayos. Para facilitar la inspeccion y medida de una de estas defensivas instalaciones contra la electricidad de las nubes, hay que recurrir á mediciones eléctricas y á la electricidad. La acreditada casa Fem de Stuttgart, ha sip.o la primera, en Europa, que se ha ocupado de este asunto y construido un estuche ó neceser con todos los aparatos, instrumentos y medidas convenientes para formar, prévios los experimentos necesarios, un concepto seguro del estado de una instalacion y medir sus resistencias. Este aparato está representado en las figu-

ras 60 y 61. Se compone de dos cajas. La caja representada en la fig. 60, contiene un elemento voltáico, una placa de cobre para comunicar con tierra, los hilos conductores para unir el neceser al para-rayos, dos prensa-tornillos para unir los extremos de los hilos con la línea ó conductores del para-rayos, y una lima para limpiar los contactos que han de hacerse. El elemento va colocado en uña cajita de cauchú endurecido, que puede cerrar herméticamente; contiene la disolucion ordinaria de bicromato y ácido sulfúrico, en la cual se sumerge el zinc cuando se va á operar. Los hilos conductores van arrollados sobre dos carretes provistos de manúbrios, por medio de los cuales se despliegan ó arrollan á voluntad. Los hilos son delgados, bien aislados, de gran conductibilidad y muy flexibles. La caja representada en la fig. 61, contiene los instrumentos de medida, que son: un galvanómetro sensible y de tope; un puente de Wheatstone con resistencias normales, cuyo hilo va colocado sobre un disco de pizarra, y cuya variable resistencia se consigue por medio de un contacto móvil á favor de un manúbrio provisto de su círculo graduado. Esta graduacion da por una simple lectura el valor de la resistencia á medir y que puede variar entre 0'5 y 25 ohms, lo que es muy-suficiente para todos los casos de la práctica. Mayor resistencia indicaría una mala instalacion que habría que-corregir inmediatamente. La resistencia de la linea aérea de un parar.!1yos, ó bien metálica, no debe exceder de medio ohm; ni de 20 lo que podemos llamar línea subterránea·ó comuniqtcion con tierra. Sobre la tapa de la fig. 61 se ve el círculo graduado del puente, y en la caja la brújula ó galvanómetro. Para' operar se colocan las dos cajas próximas una á otra, y se ponen en comunicacion por tres cortos hilos, que unen los contactos 1, 2 y 3 de la caja fig. 60, con los r, 2 y 3 de la caja fig. 61, respectivamente. Estos tres hilos van en el estuche. Se quita el tornillo que, mientras no se opera, impide el movimiento de la aguja del galvanómetro y queda éste libre para obedecer á la accion de la corriente. Se pone el manubrio del círculo graduado del puente en el cero. Se unen los tornillos-

METÉOROS ELEC'fRICOS

prensas, que se ven sueltos en la fig. 60, á los puntos extremos de la línea metálica del para-rayos cuya resistencia se quiere medir, desarrollándose la longitud necesaria de hilo de los carretes contenidos en la primera caja. Se introduce el zinc en el vaso del bicromato para engendrar la corriente. Hecho esto, se verá desviarse la aguja del galvanómetro saliéndose de la posicion del cero que tenia. Se hace entonces girar el manubrio del puente hasta conseguir que la aguja del galvanómetro vuelva al cero: el número, de divisiones que hemos tenido que hacer correr al manubrio, indicará en onms la resistencia de la línea del para-rayos que se ha intercalado entre los dos tornillos-prensas. Estos tornillos-prensas están representados fuera de la caja. Si resultare que la aguja no volviere al cero, despues de haber corrido con el manubrio del puente las 25 divisiones, será prueba, ó de que _h ay una rotura en la línea que se está estudiando, ó de que su resistencia es mayor que 25 ohms. Fácilmente se averigua el sitio de la rotura de la línea, corriendo sobre ella la posicion de uno de los tornillos-prensas, en el sentido de aproximarse al otro. Del mismo modo se procede para estudiar la comunicacion con tierra. En este caso conviene emplear un inversor de corriente, y operar rápidamente dos mediciones en dos sentidos contrarios de la corriente, para ponerse á cubierto del error producido por la polarizacion de las placas de tierra, que obran corno una fuerza electro-motriz inversa introducid.a en el circuíto que se estudia. RESÚMEN.-GARANTIAS DE SEGURIDAD EN LA CONSTRUCCION Y COLOCACION DE LOS PARA-RA-

r. ª Cuando se verifica una descarga eléctrica entre una nube y la tierra, esta descarga, que ordinariamente se manifiesta bajo la forma de relámpago, parece que sigue el camino que menos resistencia opone á su paso. Este hecho de observaciones el que sirve para esplicar el efecto útil del para-rayos. 2." El para-rayos está formado por una ó por muchas varillas metálicas que dominan el edificio que han de proteger, relacionadas entre sí y con la tierra, por medio de un sistema de conductores metálicos; si el para-rayos está YOS. -

bien construido, la resistencia que presenta al paso de la descarga, ha de ser inferior á la que presentada cualquiera otra del edificio. 3." En el para-rayos hay las tres partes siguientes: el sistema de varillas que dominan el edificio; 2.", el sistema de conductores que descienden hasta tierra; 3 .", las comunicaciones de los conductores con la tierra. 4. ª La varilla del para-rayo_s es de hierro: su altura depende de la naturaleza y de la forma del edificio que se trata de proteger, así como del número de varillas que se quieran establecer. Puede admitirse que un edificio ordinario cuya cumbrera ó longitud no exceda de 15 metros, pueda protegerse con una varilla de 5 metros colocada en la mitad. En el caso en que la longitud de la cumbrera exceda de 15 metros,- se colocarán dos ó más varillas separadas por una distancia que no exceda de cuatro veces la altura de aquéllas. Las varillas extremas no deben distar del límite del edificio más de 1 1 / , de la altura de aquéllas. En general, y siempre que las condiciones arquitectónicas no se opongan á ello, es más ventajoso aumentar el número de varillas que aumentar la alturá [de é~tas. Con-viene multiplicar las varillas sobre las casas que contengan grandes masas metálicas. 5. ª La varilla debe estar sólidamente fijada sobre la armadura del edificio; para evitar la filtracion del agua de lluvia que penetraría por la base de la varilla hasta la viga ó par de la cercha, á la cual perjudicada, se coloca cerca de esta base un cono de metal cuidadosamente soldado á la varilla. 6." La varilla se termina por una punta de hierro zincado, ó bien se atornilla á su extremo superior una punta de cobre dorado oniquelado. Esta punta debe ser gruesa, de forma cónica ó piramidal, y su ángulo no ha de ser muy agudo. Cuando se pone á la varilla una punta de otro metal, el extremo de dicha varilla se termina por un tornillo que penetra á fondo en el interior del cono que forma la punta; tarnbien se puede terminar la varilla en punta, y fijar á 30 centímetros de su extremo tres ó cinco puntas de hierro de 20 centímetros de largo y que se separan ó divergen de la varilla central. Todas estas puntas deben estar fuertemente zincadas. 7." El conductor establece una comunica-

FÍSICA INDUSTRIAL

cion metálica contínua entre la base de la va.rilla y el suelo. El mejor conductor es el cobre. Cuando se trate de una sola varilla se emplearán dos hilos ó alambres de cobre de cinco milímetros de diámetro, ó bi~n dos hilos de hierro de ocho milímetros. Estos conductores descenderán hasta el suelo siguiendo do" partes diferentes del edificio. Cuando no se quiere emplear más que un solo conductor se puede tomar un hilo de cobre de 8 milímetros de diámetro ó una barra de hierro redondo de 12 milímetros, ó una barra de hierro de un centímetro cuadrado de seccion. Los números indicados aqu[ suponen que el cobre empleado tiene una conductibilidad de 70 por 100 de la del cobre puro. Cuando se form::i. un conductor de hierro con barras roblonadas, es preciso que las uniones, ó sea los roblones, se cubran con soldadura. El empleo de planchas de plomo entre los ribetes ó roblones, es malo, y en todo caso no evitará la necesidad de cubrir con soldadura todas las juntas. Cualquiera que sea el sistema adoptado, es preciso no olvidar que es de la mayor importancia el que el conductor metálico sea contínuo. El uso de cables metálicos de hilo de cobre ó de hierro, no conviene sino cuando no pueden tenerse conductores macizos, roblonados y soldados; en este último caso el cable constituye una sola pieza. Los cables de hilo de latGn no deben emplearse. 8. ª El conductor debe unirse á la varilla con sumo cuidado, pudiendo reunirlos y apretarlos entre dos tuercas; la union debe recubrirse con soldadura. En ningun caso deberá hacerse la union por medio de una simple ligadura. 9." Cuando hay muchas varillas sobre un mismo edificio, deben comunicarse unas con otras por medio de un conductor que correrá en lo alto de la cumbrera y á cuyos dos extremos vendrán á unirse los conductores descendentes. El número de estos últimos debe aumentar con el número de varillas, pudiendo admitir la proporcion siguiente: para dos á seis varillas se emplearán 'tres conductores; de seis á nueve varillas, cuatro conductores; y á partir de este número se añadirá un conductor descendente por cada aumento de tres varillas. Todas las partes metálica~ de la superficie del edificio se pondrán en comunica-

cion con los conductores descendentes, ó se evitará el que éstos pasen cerca de las ventanas y balcones. En el caso en que el ediúcio contenga grandes masas metálicas interiores, se las hará comunicar con los conductores descendentes. Cerca ya del suelo, estos conductores deberán estar protegidos contra todo deterioro, por un tubo-de hierro ó una cubierta de madera, que se eleven á dos metros encima del suelo. El conductor ó ·c onductores se extenderán por los tejados ó sobre los muros por medio de argollas de hierro, y no conviene dejarlos muy tirantes cuando se hace la colocacion. La comunicacion de toda la red de 10." conductores con tierra, es uua de las cosas más importantes de la instalacion de un pararayos. Cuando existen en la proximidad del edifi-cio conductos importantes y enteramente metálicos de agua ó gas, se hará comunicar el conductor del para-rayos con estos conductos. Para ello es preciso limpiar muy bien y al rededor un trozo de la superficie exterior del conducto, y cuando su metal esté al desnudo, arrollar sobre él varias vueltas del conductor y soldarlo todo. Despues se recubre la soldadura con barniz ó con brea solida ó asfalto. Cuando no hay allí una distribucion de agua ó gas de que echar mano, se puede unir el conductor á la parte subterránea de una bomba metálica de pozo, si la hay, y á condicion siernpre de que la tuberia de la bomba esté siempre en el agua del pozo. En la carencia de toda superficie metálica de extension regular en comunicacion permanente con un sue'Io siempre húmedo, ó con el agua subterránea, se establecerá una placa de tt'erra para cada conductor descendente. Esta placa debe formar una superficie metálica tan grande como .sea posible, en contacto con un suelo muy húmedo, y mejor con el agua subterránea. Se puede obtener una buena placa de tierra por medio de una plancha de palastro zincada, de un metro cuadrado de superficie, siempre que el conductor sea de hierro, ó de cobre si el conductor es de cobre. Esta placa se enterrará á una distancia del edificio de dos metros por lo menos, en el terreno más húmedo que se encuentre. En vez de una plancha de palastro, se puede emplear un tubo

METEOROS ELÉCTRICOS

de conduccion de agua que tenga un metro cuadrado de superficie: los tubos de clesecho pueden servir para el caso. El conductor debe soldarse en muchos puntos con la placa. U na señal colocada en el sitio donde está enterrada la placa dará á conocer s_u emplaza-

miento para cuando se quiera reconocer su estado. Cada tres años se debe reconocer, á lo menos una ve,z, el estado riel aparato general. Cuando el para-rayos sufra la descarga eléctrica ó el rayo, deberá reconocerse despues el estado de la instalacion.

CAPÍTULO VI FORMACION DE LAS TEMPESTADES

Granizo . .

FORMACION Y CONSTITUCION DE LAS NUBES TEMPESTUOSAS

constitucion eléctrica y el modo como se forman las nubes tempestuosas han permanecido durante mucho tiempo en la oscuridad más profunda, y solo de treinta años á esta parte es cuando se ha principiado á tener alguna idea exacta de este fenómeno. Translaclon de las tempestades. - U no de los hechos mejor definidos hoy dia es que una tempestad no es, como durante mucho tiempo se ha creído, un fenómeno fijo que se forme y desaparezca en el mismo lugar, ó á poca distancia de él. Ya Tessier, en una célel::re informacion sobre las tempestades desastrosas, del 13 de julio de 1788, pudo seguir su marcha á través de Francia, del SO . al NO., entre la Rochela y Brabante, en un espacio de unas 200 leguas y en una longitud media de seis leguas y media. Los estudios de Lecoq sobre los huracanes del 28 de julio y del 12 de agosto de 1835, que atravesaron el departamento de Puy-de-Dóme, y los de Elie de Beau-' mont sobre el huracan del 10 de octubre de 1839, demuestran tambien el movimiento de translacion rápida del metéoro. Sea que no se hubiese fijado la debida atendon ó que se hubiesen considerado estos hechos como excepciones, lo cierto es que no se A

dió importancia á · ellos, hasta que en 1864, reuniendo Marié-Davy, todas las observaciones del Observatorio de París, le chocó la coincidencia que existia entre los huracanes de Francia y la llegada de las borrascas procedentes del Atlántico. Bajo su iniciativa y la de Leverrier, juntamente con el concurso de los consejos generales, se organizó un sistema especial de observacion de los huracanes. Se instituyeron comis.iones en cada demarcacion para señalar su llegada y todas las circunstancias que preceden y acompañan su paso por las comarc8:s alcanzadas. En · cada cabeza de partido hay una comision central que reune los documentos y los señala en el mapa ó carta de la demarcacion. Los mapas departamentales se remiten luego, junto con los documentos, al Observatorio de París, en donde se anotan en un mapa general de Francia todas las indicaciones relativas á un mismo dia. En la fig. 62 se ve uno de estos mapas reducido. Las curvas paralelas pasan por las localidades en donde ha descargado el huracan á la misma hora, que se anota al lado de las flechas que señalan la direccion de la traslacion. Los puntos negros representan el granizo con estragos, las cruces, el granizo sin estragos, los zig-zag, los rayos, etc.

FORMACION DE LAS TEMPESTADES

Esta centralizacion de observaciones permite demostrar que los huracanes importantes atraviesan la Francia de SO. á NO ., y que vienen del Atlántico, así como las borrascas que les sirven de vehículo, al trasladarse como ellas afectando curvas semejantes á parábolas cuya conexidad mira al oeste. Se ha comprobado tambien que su intensidad experimenta fluctuaciones contínuas, por cuanto se ha dado el caso de recibir una comarca mayor cantidad de lluvia, de g_ranizo y de rayos que otra recorrida antes por el meteoro. Pasemos á examinar ahora como se forman las tempestades y las prit.:1.cipales condiciones con que recorren su largo trayecto. Con esto tendremos ocasion tambien de rectificar algunos detalles y esplicaciones dadas anteriormente. Formadon de las tempestades.-Durante la traslacion, susceptible de alcanzar una velocidad de 20 kilómetros y más aun por hora, está animado siempre un huracan de un movimiento giratorio al rededor de un eje vertical; lo cual esplica el cambio contínuo de direccion del viento en cada localidad que atraviesa. Este huracan esperimenta variaciones de intensidad, que indican que la electricidad, la humedad, la fuerza viva, se renuevan más ó menos activamente. Antes de llegar el humean á una region, se nota una calma característica en ella, una temperatura elevada, muy poca presion barométrica y despues de haber pasado el meteoro baja notablemente la temperatura. Ya hemos dicho corno esplica Espy la formacion de los ciclones, acompañados ordinariamente de tempestad, suponiendo una columna de aire dilatado por el calor solar, que produce una especie de aspiracion que imprime un movimiento centrípeto á las capas inferiores del aire. Esta esplicacion, admitida al principio, se ha abandonado despues debido á exámen más atento. Despues de haber demostrado Faye la insuficiencia de la demostracion anterior y puesto en evidencia las contradicciones que con tenia, propuso un~ nueva teoria de los huracanes, que vamos á exponer someramente, y que se adapta con la mayor exactitud á todas las condiciones del fenómeno. En esta nueva teoría el mecanismo ya no

· es por aspiracion inferior sino que se encuentra todo él arriba. En las regiones superiores, en donde se encuentran los cirrus, existe un frío intenso, está animado el aire de velocidades de 20 kiiómetros y más por hora, y la electricidad, que allí es positiva, es tanto más abundantd cuanto mayor sea la altura. Todo · esto se ha comprobado por varios medios, y principalmente por las ascensiones aerostáticas. En las regiones superiores se encuentrau evidentemente, el fria, el movimiento y la electricidad necesarios para la formacion de un tornado ó de un ciclan acompañado de tempestad. Sabido esto, esplica Faye la forII?acion de un tomado, sencillamente por un movimiento giratorio alrededor de un eje vertical, que se forma en las capas elevadas de la atmósfera, animadas de rápidos movimientos de traslacion, que constituyen los contra-alisios superiores. Para que el movimiento giratorio se produzca, basta que exista una diferencia de velocidad en dos venas de aire que marchen una al lado de otra, con lo cual se forma un torbellino que se transporta con la masa de aire que le contiene. Como la mecánica analítica de los movimientos giratorios en dos fluidos no limitados lateralmente, está aun hoy día muy poco adelantada, compara Faye los movimientos giratorios de la atmósfera á los torbellinos que se forman en las corrientes de agua, entre los cuales, los de eje vertical son regulares y persistentes, sin que sus movimientos influyan en las capas de nivel. Basta que un obstáculo determine una diferencia de velocidad en dos partes contíguas del líquído, para que se produzca un movimiento giratorio superficial más ó menos extenso, en cuyo centro se observa una depresion de nivel debida á la fuerza centrífuga. El movimiento giratorio se propaga de arriba abajo y en un espacio que va disminuyendo gradualmente de diámetro, á causa sin duda de la presion creciente del líquido envolvente, de suerte que la masa que está en movimiento forma una especie de cono lleno, de generatriz curva cuya convexidad mira al eje, y en el cual cada molécula describe una espiral descendente. A la par que el diámetro disminuye, aumenta la rapidez de , la rotacion, y el cálculo indica que la veloci-

FÍSICA INDUSTRIAL

dad angular está en razon inversa del cuadrado del diámetro y, por consiguiente, la veloo cidad líneal, en razon iµversa de este diámetro; de lo cual resulta que la velocidad, poco pronunciada en la superficie, puede ser muy grande á cierta profundidad. Así que el movimiento llega al fondo pierde su fuerza viva por la resistencia qne encuentra; se va socavando este fondo y los objetos ó plantas que en él se encuentran, están repelidos en todas direcciones juntamente con el agua y suben irregularmente alrededor del torbellino. Al propio tiempo el agua de la superficie va afluyendo por todos lados hacia la depresion su perficial, atectando direcciones excéntricas debidas al movimiento giratorio y motivando así el descenso. Todo esto se puede comprobar experimentalmente, imprimiendo un movimiento giratorio á una parte del agua contenida en un depósito y echando polvo en la depresion central. Maistre empleó el aceite y vió como giraba en forma de espirales descendentes que, al llegar al fondo, se fraccionaba formando gotas que su bian alrededor del remolino. En las corrientes de agua, los remolinos siguen la vena de la corriente en donde se han formado; y son tan extensos y tan enérgicos á veces que engullen las embarcaciones . Un nadador que se encuentre atraído por un torbellino, en vez de gastar sus fuerzas en una lucha inútil, debe dejarse arrastrar hasta el fondo, seguro de que una vez allí, será repelido lateralmente y llevado nuevamente á la superficie del agua. Aplicacion á los fenómenos aereos.-Los remolinos de aire se forman del mismo modo que los de agua; solo que, como el aire que afluye por la parte superior es muy frío, muy cargado de electricidad y susceptible de calentarse por la compresion, se manifiestan ciertos fenómenos particulares que imprimen un caracter especial á los tornados y á los ci clones. Supongamos en primer lugar que el aire de las regiones superiores sea puro y transpa · rente, como realmente se verifica sobre las llanuras áridas y arenosas. Durante su movimiento jira torio descendente, se va calentando este aire á medida que aumenta su presion,

llegando seco á la superficie del suelo, al cual socava, perdiendo su fuerza viva y dispersando la arena que levanta alrededor del remolino. Con esto se tiene la esplicacion de estas tempestades de arena, tales como el si'moum, tan temibles en los desiertos, cuyos caracteres principales son un calor excesivo y una extrema sequedad. NÓ van acompañados de truenos, debido á la falta de agua precipitada que sirve de conductor á la electricidad de las altas regiones. Si el aire superior está cargado de gotitas de agua, evaporándose parte de ella durante el descenso, destruye el calentamiento producido por la compresion. Si existen partículas de hielo muy frias, constituyendo cirrus, no tan sólo es absorbido el calórico de compresion sí que tambien conserva fria la columna descendente; entonces .se precipitan grandes cantidades de vapor, que producen espesos nimbus y lluvias torrenciales que acompañan los ciclones. Al propio tiempo fa electricidad de las altas regiones, amasada por las partículas de agua ó de hielo que les sirven de conductor, se acumula en los nimbus formados, produciendo todos los fenómenos que caracterizan las grandes tempestades. El buracan se va regenerando por la parte superior á medida que se va debilitando en agua y en electricidad, con una rapidez naturalmente variable, de la cual resultan los cambios que experimenta su intensidad durante su marcha. La formacion del ciclon se anuncia ordinariamente de lejos por varios síntomas. El barómetro baja rápidamente, el aire es caliente y pierde su transparencia, se emblanquece el cielo, percibiéndose á gran altura como una mancha gris oscura de contornos redondeados, que cambia rápidamente de posicion · aumentando de volumen, lo cual indica la formacion del torbellino, que establece la co municacion entre las capas superiores y las capas medias de la atmósfera, en donde el aire frio baja condensando los vapores que encuentra . Tempestades locales. - Las circunstancias favorables á la tormacion de los torbellinos tempestuosos son tambien susceptibles de rea• lizarse en nuestros climas, formándose entonces tempestades locales, generalmente poco

FORMACION DE LAS TEMPESTADES

intensas y que recorren espacios bastante limitados. Estas tempestades se forman al anochecer en días cálidos y tranquilos, en que el aire es húmedo, sofocante y está bajo el barómetro, experimentándose al propio tiempo cierto malestar general. Debido á la calma, sube yerticalmente la humedad por difusion en el aire, y llega á 1,000 ó-á 3 ,ooo metros de altura, en donde se condensa y forma una capa de cúmulus. Heridas estas nubes por el sol, producen nuevos vapores que, al llegará una altura de 6,000 á 8,000 metros, se condensan en cirrus, en los cuales se amasa la electricidad abundante diseminada por el aire de estas regiones elevadas: Esta condensacion de vapor motiva variaciones de velocidad en l<t corriente superior, formándose allí un tornado. Baja el torbellino hasta la capa inferior del cúmulus, á la cual trasmite el frío y la electricidad; se forman gruesos nimbus extraordinariamente electrizados, quedando constituida así la tempestad. Esta comunicacion, debida al torbellin9 descendente entre las dos capas de nubes, queda oculta al observador del llano por la bóveda de nubes inferiores; mas no así para el observador de la montaña, siempre que se coloque á conveniente altura. Por ejemplo, Rozet observó más de una vez en los Pirineos una columna muy ancha por la parte superior que se extendia entre una capa de cirrus y otra de cúmulus, que flotaban más abajo; éstos se iban convirtiendo en nim_bus éiban bajando y presentando todos los efectos de las tempestades. El mismo observador dice que siempre que se forme una extensa capa de cirrus sobre cúmulus inferiores, se puede predecir sin duda alguna la llegada del mal tiempo. Se concibe que esta formacion de las tempestades locales debe depender de la configuracion y de la naturaleza del suelo. Las montañas, que desempeñan un papel tan importante en la formacion de las nubes, la existencia de bosques, de capas de agua, que producen muchos vapores, deben ejercer forzosamente una gran influencia en ello. Mientras que en París sólo truena' unas q veces al año, en Denainvilliers, entre Pithiviers y Orleans, truena hasta 21 veces, y sin embargo el país que rodea tanto á Orleans como á París es muy uniforme. Segun un estado publivfs1cA lND.

cado en 1803, en Inglaterra, los países en donde existen minas metálicas están menos expuestos á las tempestades que los otros. Periodicidad de varias tempestades.-Observó Volta que una temp~stad estaba segúida casi siempre de otras que se producian en la misma region y á la misma hora. Este resultado no puede aplicarse á las tempestades de paso qué vienen de lejos, y se explica por la evaporacion abundante que se produce en el suelo mojado por la primera tempestad, y por el frio que comunica á las capas superiores del aire, trio que favorece la condensacion de los vapores en nubes. Segtm lo que antecede, se ve que las tempestades toman la electricidad de las capas superiores de la atmósfera, en donde se acumula en los cirrus, que la transportan Luego de arri- _ ba abajo á los nimbus, provocando su formacion por el frio que contienen. Esta electricidad tiende á pasará la superficie de las nubes, y les da un aspecto redondeado, distinguiéndose movimientos intestinos muy confusos. De estas nubes salen largas ramificaciones que se extienden, invaden el cielo y, juntándose unas con otras, contribuyen á la extension de la nube . principal. Tambien se notan á menado unas nubes muy pequeñas blancas, aisladas, que se mueven irregularmente á medida que se aproximan á la nube principal que, evidentemente las atrae, acabando por unirse á ella. Se observan muchas veces estas nubecillas debajo de la nube principal, formando como una especie de manchas blanquecinas. Son muy irregulares y rasgadas; presentan largos brazos ó ramas que se doblan bruscamente cuando se ª-proximan sus extremos, lo cual se esplica por la repulsion eléctrica que ejercen unas sobre otras. Al propio tiempo la electricidad tiende á equilibrarse entre las varias partes de la nube, ya por conduccÍG>n, ya por descargas difusas · ó explosivas; pero este equilibrio está continuamente contrariado por la precipitacion de nuevos vapores y por llegar de arriba nuevas cantidades de electricidad; desde este instante queda constituida la tempestad y cae la lluvia en forma de grandes gotas. Las nubes tempestuosas se forman á alturas muy variables. Kaemtz las ha visto pasar en los Alpes más altas que el pico de Faulhorm, r.11.-108

FÍSICA INDUSTRJ AL 858 -el Schwarzhorm , el Pilatos y el Niesen, lo forman, si el aire está tranquilo, una columna cual representa una altura de 3,300 metros á que á una gran altura forma como una nube lo menos. Los habitantes de Chamouni ase- gruesa, que produce generalmente relámpagos guran que las tempestades pasan á menudo y rayos. La electricidad se produce aquí por por encima del monte Blanco (4,8m metros). la misma causa que en las máquinas hidroPor lo demás, los restos de vitrificacion que eléctricas. Observado ele cerca este fenóm eno se encuentran en estas altas cimas, demues- por Palmiere, desde su observatorio del Vetran claramente que las tempestades han pa- subio, notó que los relámpagos y truenos solo sado por encima de ellas. Por otra parte, se se producen cuando el vapor de agua está han observado ·nubes tempestuosas ámenos mezclado con mucha ceniza. Si el viento impelía la nube hacia el observatorio, pudo comde r ,ooo metros de altura. que esta nube estaba electrizada posiS<i probar que notables más fenómenos Uno de los presentan, es que pueda permanecerse impu- tivamente, cuando estaba formada de vapor nemente entre las nubes tempestuosas . Et mede agua sin polvo, y negativament e cuando teorologista Richard atravesó estas nubes en estaba compuesta de cenizas secas. DtSTRlBUCIO~ DE LAS TEMPESTADES.-Las inla pequeña montaña de Boyer, entre Chalonssur-Saone y Tournus. Peytier y Hossard, en vestigaciones hechas relativas á la distribulos Pirineos, se vieron rodeados varias veces cion de las tempestades segun las estaciones por tempestades tan formidabl es, vistas desde y seg un los lugares, deberían repetirse estael llano, que se les cr.eia perdidos. Su tienda, bleciendo la distincion entre las tempestades formada por una triple tela de tejido apretado, locales y las que vienen de lejos y recorren parecía un ascua . En 1786, Letestu permane- grandes espacios, que es precisamente lo que ~ió en su aerostato, durante tres horas de la no se ha tenido en cuenta. Hé aquí, sin emnoche, en medio de una tempestgd, y percibió bargo, algunos resultados generales dignos un ruido ensordecedor , se llenó de nieve y de de citarse. Distribucion segun las estaciones . - En las granizo su barquilla y los dorados de la banlatitudes en donde están bien caracterizada s . dera despedian chispas. estaciones, se puede decir, en general, que las semejante, Se comprende que.en situacion electrizado el observador del mismo modo en nuestro hemisferio son más frecuentes las que el medio que l~ rodea, pueda estar al abri- tempestades en la época de los calores; esto go de las descargas eléctricas. Sin embargo, es, en julio y junio. Hay, sin embargo, paises no está completamen te ex ento de peligro, en los cuales el máximo se presenta en mayo, puesto que, encontrándos e desigualment~ dis- agosto ó setiembre. En el hemisferio austral, tribuida la electricidad en las nubes, pueden el máximo es en enero, febrero ó marr_o, que producirse descarg as de un punto á otro. Por son los meses más cálidos. Kaemtz forma, para varias regiones de Eueste motivo es porque encontró Letestu la bandera del globo agujereada; y que Peytier ropa, el siguiente cuadro del número de temy Hossard observaron señales de fusion en el pestades, por roo al año, en las varias esta cañon de un fusil colocado fuera de la tienda, ciones. y señales de carbonizacion en una estaca de Primavera . Verano . Otoño . Invierno. madera plantada en el suelo. Encontrándos e Europa occidental. 8'9 17' 7 5 2' 5 20' 9 Buchwalder en el monte Sentís, en los Alpes, Suiza . . 20'6 69'0 10'0 0, 4 quedó rodeado por una tempestad muy vio- Alemania .. 66' 0 -8' 2 1 ,4 24'4 lenta, muriendo su ayudante por la descarga In terio r d e Europa 1 5' 7 5'0 o,o 79'3 de un globo fulmin ante que explotó en la tienEstos resultados están representados en la da en donde se guarecieron. En cuanto á él, experimentó una violenta conmocion seguida figura 63. Las verticales son proporcionale s al número de tempestades , y las estaciones se de la parálisis de una pierna . Truenos engendrados por los volcanes.- indican por la inicial de su nombre. La curva Las cenizas secas ó mezcladas con vapor de e o, corresponde á Europa occidental; s s á Suiagua que arrojan los volcanes en erupcion, za; a a á Alemania, y E t' al interior de Europa.

· FORMACION DE LAS TEMPESTADES

En el cuadro anterior se nota fácilmente la en donde no reinan vientos constantes. Las influencia de las estaciones, viéndose como tempestades son allí ciclones de una violencia se producen muy pocas tempestades en invier- inaudita, poco extendidos al principio, que no. Hé aqui como se h~n comprobado algu- principian súbitamente y que cnsi nunca pernas en Europa : en marzo tienen lugar en manecen más de media hora en un mismo Roma, ep Padua y en La Rochelle; en abril, lugar. En las r'egiones en donde reinan los vientos penetran en el centro de Alemania; en mayo, alisios, son tan raras las tempestades ·como l'a s se extienden hacia Stockholmo y San Petersburgo. En agosto desaparecen en esta úl- . lluvias. En el Bajo Perú, particularmente, rid tima ciudad; hacia setiembre, en e1 centro de llqeve nunca, de suerte que los habitantes de Alemania; en octubre, en las costas occiden- este país que no hayan viajado jamás, no tienen ning una idea del trueno. tales; eo diciembre, en Padua y en Italia. Distríbucion de las tempestades en Europa. Si bien son menos frecuentes las tempesta-En Europa truena con más frecuencia en. des en invierno, en cambio son más peligrosas que en verano, es decir que producen mulas vertientes occidentales que en el llano. Eh chos más rayos, por encontrarse ordinaria- Bergen, al oeste de los Alpes escandinavos, mente mucho más bajas las nubes en invierno las tempestades son, como las lluvias, más frecuentes en invierno que en verano, verifique en verano. Frecuencia de las tempestades en diferentes cándose lo contra rio en el interior del país. lugares.-En general, el número de tempes- Las montañas hacen cambiará veces la directades disminuye á medida que uno se va ale- cion de las tempestades, ·fraccionándolas en jando del ecuador. A 70 graJos de latitud dos, arrastradas en varias direcciones por el norte, apenas truena una vez al año, corno viento y con velocidades asombrosas. Berghans ha trazado un mapa del número sucede en Islandia. Más allá de 75 grados no se sab'e se haya observado ninguna tempestad. medio anual de las tempestades en las varias , En América, á igualdad de latitud, se pro- partes de Europa. En las co:c:tas occidentales, ducen más tempestades que en Europa. En disminuye este número con bastante regulaJamarca truen~ todos los días durante cinco ridad á medida que la latitud aumenta. En el meses consecutivos; en Popayan, en Colom- . centro, se presenta el máximo en el valle del bia, truena durante toda una estacion . Bou- Danubio y en Sagan, en Silesia, á la entrada ssingault ha contado allí veinte dias tempes- del valle del Oder, que son las regiones más pluviosas (en Buda, se producen 28 tempestuosos en un solo mes. tades al año, y 29 en Sagan). Hacia el sudoeste En donde son más frecuentes las tempestaes en la zona tórrida . Segun Boussingault, de la Europa. es en donde son más frecuentes cada dia, y quizás á cada instante, existen tem- las tempestades; en Italia, entre Milán y Nápestades en uno ó varios puntos de esta zona, pÓle&, en el Adriático y sus costas orientales produciéndose con extraordinaria violencia. hasta Albania, pasan de 40 á 45 tempestades Se forman por lo general al principio y al fin al año, casi él do hle que en la mayor parte de la estacion de las lluvias; cuando el sol se de los demás puHtos de Europa. Segun Pouqueville, pasan 42 en Pádua y encuentra al zénit del lugar; cuando los vientos alisios cambian, y particularmente en su en Roma y 45 en Janina .' La frecuencia de los límite. Así, en Madera, son frecuentes las truenos en Italia esplica el estudio especial tempestades en invierno ; en el momento en que de ellos hacian los etruscos, y la imporque el límite del alisio del noreste pasa cerca tancia supersticiosa que les atribuian los romanos. de esta isla. En Grecia son tambien muy numerosas las Mongo-Park observa que las tempestades tempestades (40 al año próximamente). Segun son frecuentes err Africa, cuando los vientos del sudeste suceden á los del noreste y recí- Lucrecio, soñ más frecuentes en la primavera que en otoño, como lo confirma tambien Peyprocamente. Entre los trópicos, el centro de las tempes- tier. En Sicilia, en donde se dejan sentir los tades se encuentra en las regiones tranquilas, vientos de Africa, y en donde rara vez llueve,

860

FÍSICA INDUSTRIAL

se ven muy pocas tempestades; en Palermo, Pouqueville sólo encuentra 13'5 al año, la mayor parte de ellas en otoño. En todo lo que antecede es fácil reconocer la influencia de las causas locales, puesto que encontramos el mayor número de tempestades en el noroeste de Francia, en el centro de Alemania y en Italia. Además truena más en los continentes que en plena mar:,. El granizo.

Circunstancias generales.-El granizo se desprende de las nubes tempestuosas, durante la tempestad y jamás despues de ella. Las nubes de granizo son espesas y de contornos rasgados. El granizo dura muy poco, en un mismo lugar, á lo más quince minutos, y cae en un espacio mucho más estrecho que el que recorre la misma tempestad. Un poco antes de' que caiga el granizo, se percibe casi siempre en las nubes un ruido particular comparable al que producirían las nueces removiéndolas. Peltier cita una granizada que cayó en Ham, que fué precedida de un ruido muy intenso, semejante al que hiciera estando en operaciones un escuadran de caballería. Este ruido, mencionado por Aristóteles y por Lucrecio, se atribuye generalmente al choque de las piedras entre sí antes de caer. A veces estas piedras no llegan á tierra con la velocidad propia de la altura de que caen, y lo hacen suavemente, como si experimentasen una resistencia particular superior á la que produce el aire. Grueso, forma y estructura de las piedras de grani1o.-El volumen del granizo es muy variable. Así que alcanza el volumen de una nuez, destruye las cosechas; más grueso, rompe las ramas de los árboles y basta mata los ' animales. Decrós cita un granizo que cayó en Angers, el 4 de julio de 181 9, que destruyó las cubiertas de los edificios; las piedras estaban animaaas de una velocidad tal, que agujereaban las pizarras como lo hubiera hecho una bala de un fusil. La figura 65 representa la seccion de una de estas piedras de la mitad del tamaño natural, y las habia tambien de r2 centímetros. Frecuentemente se ha observado que las piedras adquieren el grueso de un huevo

de gallina. Boisgiraud describe algunas de este tamaño, que cayeron en gran cantidad en Tolosa, en la madrugada del 8 de julio de 1834. En 1831 cayeron en Constantinopla piedras del tamaño de un melocoton que, media hora des pues aun pesaban 500 gramos. El I 5 de junio de 1829 una granizada destruyó las cubiertas de Cazarla, en España, cuyas piedras pesaban dos kilos, segun dicen. Lo probable es que estuviesen compuestas de varias piedras soldadas entre sí. Muscbenbroeck cita el desprendimiento de masas formadas de varias piedras soldadas unas con otras. Seria muy conveniente que los observadores que citan granizadas de grueso escepcional, indicasen si habían visto caer las piedras ó si las recogieron entre el granizo caido algun tiempo antes, puesto que es muy fácil que se suelden en el suelo, por ~ncontrarse á cero las unas y bajo cero las otras. Puillet ha visto muchas cuya temperatura estaba á -3 y -4 grados. Por una aglomeracion semejante es fácil esplicar la formacion de un bloc de hielo de un metro de largo, que se dice 9ayó en Hungria el 8 de mayp de 1802. Tambien se pretende haber visto otro de análogas dimensiones cerca de Seringapatan, á fines del reinado de Tippoo-Sai:b. Forma del grani1o.-La forma que ordinariamente afectan las piedras es la esferoidal, pero tambien las hay ovaladas, aplanadas é irregulares. Las de un mismo aguacero son generalmente del mismo tipo. Su superficie está cubierta de eminencias más ó menos pronunciadas (figs. 64 y 65). Lecoq ha observado piedras de forma oval, en cuyos dos extremos se veían implantadas unas agujas cristalinas de hielo. Tambien se encuentran á veces piedras de forma ·piramidal de ángulos gastados por un principio de fusion, y cuya base está formada por una parte de superficie esférica, irregular e (fig. 64), cuyo centro está á poca diferencia en el vértice; lo cual permite considerarlas como fragmentos de masas esferoidales que se han fraccionado en sectores. Estructura del grani-io.-No debe confundirse el verdadero granizo con el pequeño granizo, ó sea estos glóbulos de hielo que caen algunas veces durante el invierno, que no son más que gotas de lluvia congeladas durante

FORMAGION DE LAS TEMPESTADES

su caída. Las verdaderas piedras de granizo se producen durante las tempestades, habiendo permanecido dura·nte algun tiempo en las nubes y en donde se han t'do formando por capas. Si su forma es· esferoidal, se nota casi siempre en su centro un núcleo bl¡mco opaco semejante á un grano de falso granizo, al rededor del cual se ven una ó varias capas concéntricas, como en a, b, d (fig . 64), y tambien alternativamente opacas y transparentes. En otros casos se distinguen estrías radiales que salen del núcleo opaco, como en b (fig. 64), y en a e (fig. 65). La estructura radiada esplica la ruptura de ciertas piedras en sectores esféricos, ofreciendo capas paralelas á su base e (fig. 64); ruptura debida ya al choque de las piedras entre sí, ya al calentamiento brusco que sufren al penetrar en las capas inferiores de la atmósfera. Se notan á veces en las piedras unas burbujas de aire prolongadas en sentido de los radios. Boisgiraud hace una observacion muy importante. Algunas de estas piedras contenian, dice, en la capa exterior transparente, unos granitos de hielo opacos semejantes al núcleo central, fáciles de separar de la masa, por presentarse independientes de ella. Por último, en algunas piedras se han enc9ntrado_ igualmente pajuelas, polvo, y tambien películas de semillas. Espy cita un granizo que cayó en junio de 1808 en el estado de Tennessee, en el cual, un gran número de piedras tenían por núcleo restos de ramas de árboles y de hojas verdes. Dt'strt'budón de los aguaceros de grant'1,o,Las indicaciones que se han podido recoger sobre la reparticion de los aguaceros de granizo, son muy vagas á causa de la confusion en que se está por no distinguir el verdadero g_ranizo del falso granizo. Con todo, Muschenbroeck distinguió el granizo sin tempestad (falso granizo), y el que acompaña el trueno. Si no se establece esta distincion, se encuentra que es tanto más raro el granizo en Europa, cuanto más se aleje del mar, y que en la primavera es cuando cae particularmente. Mas como el verdadero granizo es, al igual que las tempestades, propio de las estaciones cálidas, entonces es cuando las piedras ·s on gruesa-s, y tanto más cuanto más alta sea la temperatura.

861

Kaemtz ha observado, en Alemania y en Suiza que, durante el verano, cae generalmente el granizo en el momento más cálido del día. En t'nvt'crno, en la primavera y en el otoño se le observa sobre todo á las nueve de la tarde y á las siete de la mañana; pero este comunmente no es más que falso granizo. De media noche á las cuatro de la madrugada, se ve muy raramente granizo, sea la que fuere la estacion. Iujluenda de los lugares.-El falso granizo es muy frecuente en el norte y el granizo propiamente dicho cae sobre todo en las regiones templadas. Entre los trópicos rara vez cae piedra al nivel del mar, y entonces estas son en general muy gruesas. En Cumana no graniza casi nunca. Sin embargo, como dice Pacy, no es raro el granizo en las Antillas. Así, encuentra en Cuba 4g granizadas en setenta años, de 1784 á 1854. Si el nivel se eleva á 500 ó 600 metros, es más raro el pedrisco. El r 7 de agosto de 18w, cayó en Méjico una cantidad tan grande de granizo, que formó en las calles una capa de 35 á 40 centímetros de espesor. En donde graniza á menudo es en las montañas. Saussure le ha observado once veces durante un periodo de trece dias en el Cuello del Gigante. Peytier ha sido molestado varias veces en sus trabajos geodésicos de los Pirineos, por aguaceros de granizo. A veces. en el mismo instante, los valles solo reciben lluvia, lo cual hace suponer que, en muchos casos, lo que caía era falso granizo. Tanto en el granizo como ,en las tempestages se nota la influencia de la configuracion del suelo. Existen locafidades devastadas anualmente por el granizo, tales como ciertas partes de Auvernia, los alrededores de Clermont; mientras que entre Puy-de-Dome y el _ monte Dore, apenas se presenta una vez en veinte años. Segun Schenchzer, los-valles de Suiza que van del este al oeste, así como tambien los de Valais y de Glaris, disfrutan de la misma inmunidad. Direcdon de las nubes de granlw.-Muschembroeck había observado ya que el granizo se forma en un centro muy circunscrito, que avanza rápidamente devastando un espacio muy estrecho. En el humean del 13 de julio de 1788, que atravesó la Francia del su-

862

FÍSICA INDUSTRIAL

doeste al noroeste, los puntos perjudicados por el granizo formaban dos fajas, generalmente paralelas, en esta direccion. La faja occidental iba de la confluencia del Indro y el Loire hasta Gand; y la faja oriental de Amboise á Malines. La primera tenía 700 kilómetros de longitud y 16 de ancho medio, y la segunda 800 kilómetros de longitud y 8 de ancho. En pocas horas sufrieron las consecuendas del paso de esta tempestad.r,039 parroquias de Francia, cuyos daños se evaluaron en 24 ó 25 millones. Las dos fajas estaban separadas por un espaC!O de 21 kilómetros de ancho medio, que solo recibió lluvia. Tambien llovió mucho al este y al oeste de las dos fajas. El granizo cayó, en cada lugar, durante diez minutos á lo más, pero con una abundancia extraordinari a, habiendo piedras que pesaban 250 gramos. Las nubes estaban muy bajas. Comparando las horas del fenómeno en varios países, se observa que la tempestad marchó con una velocidad de 64 á 65 kilómetros por hora, alcanzando sus efectos hasta Holanda y el mar Báltico. En la esplicacion que hace Lecoq del granizo del 28 de julio de 1835, dice que al principio cayó en la isla de Oleron, hacia las diez de la mañana; á medio dia, en el departamento de la Creuse; á la una, en el de Puy-de -Dome, en donde rodeaba el huracan esta montaña, para extinguirse en Clermont, despues de haber recorrido unos 360 kilómetros en cuatro horas y treinta minutos. Las piedras iban aumentando contínuament e, en la Charenta Inferior eran del tamaño de avellanas y en Aubusson y Clermont, su grueso y forma era de huevos de gallina. La nube pasaba muy baja, puesto que ·en la cúspide del Puy-deDome no cayó granizo. Teoría delgrani1o.-Muchas son las tentativas que se han hecho para esplicar los fenómenos del granizo. Sin remontarnos á ciertos filósofos de la antigüedad, para los cuales las nubes de granizo estaban formadas por masas de hielo que se rompían á pedacitos, citaremos Muschembro eck y el abate Mougez, que fueron los primeros que buscaron la esplicacion de este metéoro. El uno esplicaba el grueso de las piedras diciendo que eran aglomeracionE:s de masas pequeñas de hielo, y el otro suponía que iban aumentando de tamaño durante su caída.

Los dos puntos principales que deben esplicarse son, el origen del fria necesario para la congelacion de las piedras, y la permanencia de éstas en las nubes, en donde van aumentando, oscilando durante cierto tiempo antes de caer. Volta fué el primero que trató de poder darse cuerita de estas dos circunstancias. Atribuía el trio que congela el agua de las nubes, á la evaporacion, activada por la electricidad, por la sequedad del aire de las altas regiones y, cosa muy estraña, por el calor solar que hiere la parte superior de las nubes, viendo en ello la esplicacion del por qué el granizo se presenta durante las horas más cálidas del día. Las partículas de hielo así formadas en la superficie superior de las nubes suben por repulsion eléctrica para caer nuevamente una vez perdida su electricidad, y volverá subir de nuevo. Si existiesen dos capas de nubes electrizadas opuestamente , las partículas oscilarían entre estas dos capas, aumentando de volumen y condensando nuevos vapores, acabando por caer. fata teoría, célebre durante mucho tiempo, está sujeta á muchas objeciones, á pesar de los perfeccionam iento~ de Bellani y Peltie·r. Lo único importante · es la oscilacion de las piedras .en las nubes, en donde van creciendo; oscilacion admitida despues en casi todos los sistemas propuestos para esplicar el granizo. Olmsted y otros físicos atribuian la congelacion de las piedras al encuentro de los vientos del norte, que condensaban y congelaban los vapores arrastrados por los vientos del sud, y suponían que su aumento se hacia simplemente durante la caída. Lecoq suponía la existencia de una capa de nubes electrizadas sobre la nube de granizo, que sostenía las piedras durante sus oscilaciones. Renon añadió á la cuestion la feliz idea de la sobrefusion de las gotas de agua cuya temperatura es notablemente inferior á cero. Mas, á todos estos sistemas pueden oponerse un gran número de objeciones, en particular en lo concerniente al origen del frío necesario para la formacion de las piedras. Salvay se apr:oxima bastante á la verdad al suponer una baja brusca de una corriente de aire fria que viene de las altas regiones y penetra en las capas inferiores calientes y hú-

FORMACION DE LAS TEMPESTADES

863

medas. La siguiente teoria da á conocer el electricidad de las altas regiones. Esta electricidad se equilibra pronto en la parte inferior y origen de esta causa. Teoria de Fave.-Este físico ha hecho dar relativamente estrecha del torbellino, en donun .gran paso á la cuestion, si bien no la ha de se producen un gran número de relámparesuelto completamente, relacionando la for- gos muy cortos, cesando casi inmediatamente macion del granizo con los movimientos gi- los resplandores de la tempestad y principianratorios que bajan de la region de los cirrus, do á verter las piedras mezcladás con gotas los cuales forman las tempestades y les coµ - de agua, que transportan la electricidad al servan su energía. El aire muy frio y cargado suelo. Esta electricida_d contri bu y e en cierto de partículas heladas de 'los cirrus, está arras- modo á la suspension del granizo, por haberse trado por el torbellino hasta la region de los observado que con su caida coincidía un gran nimbus, y si este torbellino penetra suficien- trueno, al igual que en las tempestades sin temente bajo para presentar un diámetro re- granizo existe una recrudescencia de gruesas lativamente reducido, en el cual el movimien- gotas de lluvia despues de una fuerte desto giratorio sea rápido, las partículas de hielo carga. Observacion·es en apoyo de lo que antecede. muy frias, se aglomeran en forma de pequeñas balas opacas que forman el núcleo de las -Hemos visto ya como se establece la copiedras, y arrastradas por el torbellino, se municacion entre la region de los 'cirrus y la sostienen bastante tiempo ' para crecer conde las nubes tempestuosas. En cuanto á los densando las gotas de agua ó las gotitas que movimientos giratorios que sostienen el graencuentran. El hielo añadido, forma capas nizo en las nubes, se les ha observado mutransparentes ú opacas, segun la temperatura chísimas v~ces. Señaló Tessier, durante la muy variable de un punto á otro del torbelli- tempestad del 13 de julio de 1788, dos fajas no; como resulta de los experimentos de Pic- devastadas por el granizo, que, segun la nueva tet, que demuestra que el hielo presenta una teoría, debían estar recorridas por dos torbeestructura distinta segun la temperatura á que llinos independientes. En estas fajas es en donde se observaron tambien los efectos más se ha formado. Las piedras de granizo pueden tomar las desastrosos; campanarios caídos, casas desformas _más estrañas al unirse unas á otras por truidas, árboles arrancados á miles por la congeiacion; las gotas de agua que permane- fuerza de ráfagas violentas. Observa Tessier cen al estado de sobrefusion, producen aglo- con sorpresa que, durante un corto tiempo, el meraciones cuya forma depende de la tempe- viento pasaba en todas direcciones, lo cual ratura, corr,,o lo ha demostrado Dufour expe- resulta simplemente del movimiento giratorio rimentando en glóbulos de agua en suspension del aire. Lecocq observó muy de cerca este movi-en un liquido de igual densidad. Si la temperatura no es inferior á - 2 grados, la gota de miento ·giratorio, enjulio de 1835, en Puy -deagua rodea la masa de hielo: á - 3 ó 4 grados, Dome, viendo al principio, á medio dia, unas se extiende sokmente sobre una parte de la nubes impelidas por el viento del sud, que superficit, formando un relieve más ó menos parecían salir del monte Dore, y pasaban por pronunciado; si la temperatura es aun más debajo de él. A la una se reunieron por pebaja, la gota se congela y forma un glóbulo queños grnpos formando grandes nubes negras, que el viento transportaba con dificulunido á la piedra que ha encontrado. El ruido que se percibe antes de descargar tad. La parte inferior de estas nubes se alar-el granizo, se atribúye generalmente al cho- gaba formando una enorme protuberancia, que de las piedras entre sí; sin embargo, Faye de donde salian torrentes de lluvia. Como el le es plica por el sil vido que producen durante viento del oeste habia acumulado una capa de nubes sobre otras que venían del sud, éstas sus movimientos rápidos á través del aire. En esta teoría, la electricidad desempeña un formaban grandes masas separadas, entre las papel muy secundario; su presencia constitu- cuales surgían relámpagos, sin que se produye un fenómeno concomitente, por estar car- jese ninguno entre las dos capas de nubes. gados los cirrus que transportan el frio de la Lecocq vió como caia entonces granizo de las

FÍSICA INDUSTRI.AL

nubes inferiores, á 50 metros del vértice del Puy-de-Dome . Las piedras salia11 deencimay de debajo en todas dt'recciones, como si o bedeciesen á una repulsion. La nube que Las arrojaba tenia el contorno dentado, que se movia e11 forma de remolino particular. Esta agitacion cesó al cabo de ci11co ó seis minutos, así como tambien la caida de la piedra. A las tres el mismo observador quedó envuelto, en el Puy-des-Gou les, por una nube de granizo en la cual permaneció durante cinco minutos. Las piedras, de capas concéntricas y gruesas com0 avellanas, estaban animadas de una gran velocidad horizontal al girar rápidamente sobre sí mismas, cayendo á dos kilómetros más · lejos. En estas observacione s se .notan fácilmente los efectos del movimiento giratorio. Este movimiento continua aun des pues de haber abandonado las piedras á la nube, puesto que salen en todas direcciones. Así, Boisgiraud, en la tempestad del 8 de julio de 1834, pbserva que se rompieron los vidrios de las fachadas orientadas en todas direcciones. Sivertzow, en Asia, en el Thian-Schan occidental, hizo una observacion análoga y notó que el viento remolineaba. El P. Sanna Solaro vió, en Barri, como caían las piedras en el mar en las más variadas direcciones oblícuas, haciendo rebotar el agua á más de un metro de altura. Buchwalder observó entre Vero na y Pádua un granizo, precedido de un viento violento en remolinos, que rompió los vidrios de las cuatrotachada s del edificio en donde se encontraba. Todos estos hechos confirman la teoria de Faye. Para-granír, os.-Se ha tratado tambien de preservar los campos de los daños que ocasiona el granizo, por medio de perchas armadas de puntas de hierro, puestas· en comnnicacion con el suelo, y á las cuales se ha dado el nombre de para-granir_os. Estos aparatos, que han estado en vbga durante algun tiempo, se ha visto luego que son completamen te ineficaces; habiéndose observado que al pasar una nube por una comarca provista de para-granizos , descarga en ella una gran cantidad de piedra, que hubiera caido más lejos si las puntas np hubiesen atraído la nube.

Trombas.

Segun lo que antecede, se ve que el granizo, las tempestades, los tornados y los ciclones, no son más que aspectos distintos de un mismo fenómeno, cuyo origen se halla en un torbellino descendente, engendrado en las corrientes superiores de la atmósfera. Las tr0mbas nos hacen ver un nuevo caso del mismo fenómeno en condiciones tales que permiten apreciar toda La extension en un instante. Una tromba consiste en una columna nebulosa, más ó menos curva, que baja de una nube, en forma cónica invertida, á la superficie de la tierra. Esta columna se mueve con movimiento de traslacion y giratorio ·rápido. El aire se arremolina muchas veces á su alrededor hasta cierta distancia, más allá de la cual la calma es completa. El color de la tromba es pardo oscuro como el de las nubes, ó negro como el humo de la hulla. El diámetro inferior varia de menos de un metro á varios metros. El fenómeno dura poco y no se ha visto nunca que llegase á du·rar una hora. Se distinguen las trombas marinas y las terres tres. Trombas marinas. -Estas trombas se presentan generalmente durante los fuertes calores. Al principio, en la base sensiblement e plana de una nube tempestuosa, se va formando una protuberancia que se alarga más ó menos rápidaménte inclinándose y flotando bajo la accion del viento. Debajo de ella parece como si las aguas del mar hirviesen, y suben en forma de niebla semejante á la que · sale de una caldera de vapor. Sucede á veces que el cono superior sube y no se forma la tromba. Otras veces baja el cono hasta la niebla inferior y queda constituida la tromba. Entonces se percibe un ruido semejante al de una cascada. En la fig. 66 se ven dos trombas de mar reden formadas. Para preservarse los marinos de los efectos de las trombas, disparan proyectiles á ellas para romperlas. Cuando una tromba está próxima á desaparecer, se nota en su parte inferior, sobre el borboteo de las aguas, un tubo fino y transparente por el cual, por efecto de ilusion, parece como si subiese el agua por él, como el

FORMAGION DE LAS TEMPESTADES

humo en las chimene~s. Leps compara la tromba, en este instante, á un largo embudo del cual sale una vena líquida, representada por la parte transversal, y que haga saltar el agua del mar. Ordinariamente la nube da luego una lluvia torrencial de agua dulce. Tambien se han visto salir varias trombas de una misma nube, como lo observó el capitan Beechey en una nube que presentaba tres conos que se juntaron luego para volverse á separar despues. Lamarck cita una tromba observada entre dos grupos de nubes. Las trombas son peculiares de los mares tempestuosos; so·n muy frecuentes en las regiones tranquilas de los trópicos, y muy raras en los paises frios. Trombas terrestres.-Estas trombas, menos frecuentes que las anteriores, pueden producir devastaciones espantosas. Van precedidas de un calor sofocante y de una calma completa. El barómetro baja ordinariamente con mucha rapidez; por ejemplo, st1 le vió bajar de 16'34 milímetros, en Ruan, una hora antes de la tromba de Monville y Malannay, á 15 kilómetros de esta ciudad. Para dar una idea de la formacion y de los efectos de las trombas terrestres, citaremos dos de las más desastrosas: las de Chatenay y de Mouville. He aquí, en primer lugar, segun Peltier y Bouchard, la historia de la tromba de Chatenay. El 18 de junio de 1839, una tempestad que venia del sud se dirijia entre las colinas de Ecouen y el montículo de Chatenay, sobre el cual parecian habers~ parado las nubes. Hácia medio dia, otra tempestad, que tambien venia del sud, se fué aproximando rápidamente y se paró frente á la primera, que La dominaba y parecia como si la repeliese. De pronto una de las nubes de la segunda tempestad bajó hacia el suelo estableciendo comunicacion con él; entonces cesó de tronar y se elevó un espantoso remolino de polvo y de cuerpos ligeros, acompañado de un ruido confuso muy intenso. Los habitantes vieron entonces el metéoro en forma de un cono invertido, de color pardo, cuya punta, situada á algunos metros del suelo, terminaba con un casquete de fuego de color rojo vivo. Principió á moverse la tromba en direccion noreste, rompiendo y arrancando los árboles, cuyo tronco se rompió y secó por el lado atacado; hizo FÍSICA. lND,

saltar la cubierta de dos cortijos, devastó el pa1:que, destruyendo sus muros, y se dirigió hacia el castillo arrancando las cubiertas y chimeneas. Casi todas las palomas que se encontraban en el palomar del cortijo, murieron. El aspecto del metéoro era tal, que hasta los conejos del parque buscaban abrigo cerca de la casa, al lado de los perros, tan asustados como aquellos. Atravesó luego la tromba un estanque, cuyos peces murieron y en donde perdió casi toda su fuerza. A cien metros de allí se dividió; La parte superior subió en forma de nube y cayó la otra desapareciendo por el suelo, devastado en una longitud de cuatro kilómetros y un ancho de unos r 50 metros. Arboles de un metro de corona fueron arrancados y transportados á más de cien metros; latas, tejas y varios restos de las cubiertas se encontraron á más de quinientos metros. Se observaron bolas de fuego de diversos resplandores. En una chimenea del castillo se vieron subir y bajar chispas por ella. Los cortinages se rasgaron y chamuscaron. Un monton de ropa blanca que se hallaba en una habitacion bien cerrada, se encontró lejos, en el campo, -suponiéndose que solo había podido salir por la chimenea. La tromba de · M-0nville y Malannay, produjo efectos más desastrosos aun. El 19 de agosto de 1845 reinaba en ·1os alrededores de Ruan un viento violento del sud que, al medio dia, encontró otro viento del sudoeste que quitaba nubes muy negras y formó un violento torbellino, animado de un movimiento de traslacion que quebró y arrancó 180 árboles corpulentos y destruyó un desecador dependiente de Úna fábrica de indianas. En el mismo instante cayó un gran aguacero acompañado de_ granizo y de truenos. No existia aun la tromba propiamente dicha. Despues Je haberse alejado y haber recorrido cuatro kilómetros, volvió de pronto este torbellino hacia el valle, cerca de Malannay y Monville, atravesando un bosque, cuyos árboles rompió cerca d-el suelo. Entonces es cuando se formó uJ. enorme cono, negro como el humo del carbon de hulla y cuyo vértice inferior era amarillo rojizo. Del cono salian relámpagos y se percibia un ruido continuado. En algunos segundos, pasó la tromba sucesivamente, con una rapidez asombrosa y en zig-zag, por tres T. 11-109

866

FÍSICA INDUSTRIAL

grandes hilanderías que destruyó juntamente con todos los operarios que se encontraban en ellas. Saltaron las cubiertas y no quedó piedra sobre piedra, los telares quedaron completamente rotos y torcidos, así corno tarnbien las grandes piezas, principalmente en los puntos en donde había grandes masas de metal. Los árboles de los alrededores, estaban tendidos en todas direcciones, abiertos y desecados en una longit-¡¡d de dos á siete metros. Al quitar los escombros para salvar los operarios se encontraron tablas carbonizadas, algodon quemado ó chamuscado, muchas piezas de hierro ó de acero imantadas. Los cadáveres presentaban señales de quemaduras; otros no presentaban señales aparentes, como si hubiesen estado heridos por el rayo. Desde las alturas vecinas se vieron las fábricas rodeadas por la tromba, cubiertas de llamas y de humo, suponiéndolas incendiadas. El ancho de la zona devastada era de 200 metros en la llanura de Malannay, á dos_kilómetros del punto en donde habían principiado los daños; de 307 metros en el centro, y de 60 metros cerca de Cleres, punto en donde desapareció la tromba. El espacio recorrido fué de I e; kilómetros á vista de pájaro. Debe consignarse un hecño muy notable, esto es, que los restos de todas clases, tales como pizarras, vidrios, tablas, latas y otros, cayeron cerca de Dieppe á una distaocia de 25 á 38 kilómetros del lugar de la catástrofe. Entre estos objetos se cita una ta_!Jla de 14 metros de largo por 12 centímetros de ancho y un centímetro de grueso. Para terminar citaremos la tromba del 19 de Setiembre de 187 4, en los alrededores de Chalon_s. Este violento metéoro rompió más de 2,000 árboles que cayeron en todas direcciones y se apilaron en algunos puntos formando pirámides; destruyó algunas casas y transportó una viga de encina de 10 metros de largo á una distancia de 50 metros. Se ve claramente que los efectos mecánicos producidos por las trombas son muy intensos y que su violencia se ejerce en todos sentidos. Los árboles arrancados se encuentran muchas veces contra la direccion media del viento. Lo que sucede con los árboles y otros objetos, sucede tambien con los hombres, que son transportados á través de los aires. El 26 de

Agosto de 1826, en los alrededores de Carcasona, cogió una tromba á 14 carneros y los tran.spo!tÓ á una gran distancia_. Los globos de fuego, los relámpagos, señalados por la mayor parte de los observadores, la carbonizacion de la madera, la fusion de los metales, los vidrios agujereados, el estado de los cadáveres sin lesion exterior aparente, _su rápida descomposicion, etc.; todo ello demuestra la presencia de una gran cantidad de electricidad. En Monville, la tromba se dirigió preferentemente á las fábricas, ocupadas por máquinas y masas metálicas, pasando por los alrededores de los edificios contiguos destinados á habitaciones, excepto uno cuyo desvan estaba lleno de hierros, el cual destruyó, produciendo un principio de incendio en él. Luego vere.:: mos que esta electricidad es tan solo un accidente del fenómeno y que no desempeña una mision esencial en su forrnacion. Explicación de las trombas. - Franklin, Muschenbroeck, Monge y otros consideran las trombas como remolinos de aire, engendrados por el encuentro de dos vientos opuestos . Sin embargo, muchas veces se forman y desaparecen en medio de la calma más perfecta. Espy consideraba las trombas marinas como pequeños tornados; buena idea, por cierto, pero que debe compl'1tarse. Brisson, que fué el primero que atribuyó las trombas á la electricidad, las supone producidas por una comunicación eléctrica entre las nubes tempestuosas y la tierra. Comparando Peltier las relaciones de u6 trombas terrestres ó marinas, supone que estos metéoros están formados por la atracción del suelo, inducido por una nube gruesa muy electrizada. La parte inferior de esta nube se alarga formando como una columna y así se pone en comunicación con el suelo. La electricidad de la nube sale entonces, produciendo efectos tanto más intensos cua_n to mayor sea la resistencia que encuentre. En el mar son atraídas las aguas ó aspiradas por la nube, según dicen los marinos, juicio tan arraigado en ellos que, para explicar la lluvia de agua dulce que cae enseguida, atribuyen á la tromba la propiedad de quitar la salumbre al agua del mar. Esta explicación de las trombas no permite darse cuenta de un cúmulo de circunstancias

FORMACION DE LAS TEMPESTADES

del fenómeno; por ejemplo, del movimiento giratorio de que están animadas y de su cambio de lugar en medio de la calma existente. Teoría giratoria.- Ya hemos visto como se forman los remolinos descendentes en las corrientes superiores de la atmósfera llevando á la región de los cum ulus la electricidad con que cargan las nubes tempestuosas, y el frio que congela el granizo. Generalmente la fuerza viva de rotación se va debilitando remolinando la piedras y las gotas de agua condensadas, sin que el movimiento pase de la región de las nubes. Pero, si el remolino es estrecho y no encuentra suficiente agua para gastar su fuerza viva moviéndola, en.tonces va á parar hasta el suelo y constituye una tromba, pero sólo en e1 nombre, puesto que verdaderamente sólo es un tornado que contiene toda la electricidad que el aire descendente ha tomado á las capas superiores de la atmósfera. Así que la columna comunica con la tierra, sale con violencia esta electricidad, á través de un conductor imperfecto, produciendo descargas y otros efectos muy intensos. Desde luego se ve que la electricidad no es más que un accidente y no lª causa del fenómeno. En el mar, así como la tromba se ha puesto en comunicación con el agua, ésta se agita con violencia, como si estuviese hirviendo, como si se la sopla"se de arriba abájo con violencia y movimiento giratorio; el agua salta al exterior de la columna en forma de gotitas produciendo una niebla espesa (fig. 66). Al propio tiempo va marchando el metéoro por entre la calma· que le rodea, siguiendo un trayecto curvo é irregular; su extremo infe1 ior permanece inclinado hacia atrás, lo cual prueba que el movimiento le es imprimido por arriba. Se comprende que al principio sea invisible la parte media de la columna, en donde no exista quizás precipitación de vapores ; en este caso se ven dos conos opuestos que tienden uno hácia otro, y se juntan de tal modo que, fijándose solamente en el cono inferior parece formarse la tromba de abajo arriba, lo cual ha dado lugar á suponer la existencia de las trom~as ascendentes. La transparencia de la parte media se nota muchas veces cuando está

próxima á terminar la tromba; y hace creer que se la ha cortado con un cañonazo. En tierra, el movimiento giratorio, cuya rapidez aumenta á medida que el diámetro disminuye, se pierde en el suelo, trabajado con fuerza por el movimiento del aire, destruyendo edificios y arrancando árboles, mientras que la electricidad se manifiesta también por efectos más ó menos intensos. El aire escapa luego en todas direcciones, después de haberlo hecho de arriba abajo á la tierra, levantando el polvo y toda clase de objetos. Si la columna de aire encuentra una charca, dispersa las aguas en todos sentidos. Si la tromba es débil y transparente, el casquete de fuego con que termina es entonces la única parte visible de ella, y con esto se ha pretendido explicar los glóbulos fulminantes. Lluvias de sapos, etc.-Considerados estos fenómenos, durante mucho tiempo, como apócrifos, hoy día están perfectamente bien probados. Peltier vió caer en Ham una lluvia de sapos tal que cubrieron completamente el suelo. Otros observadores han sido testigos de hechos análogos, y han visto caer ranas y sapos, algunos de los cuales se encontraban aun en estado de renacuajo. También se han observado lluvias de peces. Vital Masson vió caer, en 1820, durante una lluvia torrencial, una multitud de pececitos de dos centímetros de largo. El mismo año, cerca de Nantes, se encontró el campo cubierto de peces de tres centímetros en una extensión de 250 nietros. Después de una lluvia tan espesa que á tres pasos no se distinguía nada, vió Castelnau, en Singapore, el suelo cubierto de peces de 25 á 30 centímetros de largo, pertenecientes á una especie (clarias batrachus) muy abundante en las aguas dulces de las islas asiáticas. Estos peces pueden marchar durante algún tiempo fuera del agua; la isla de Singapore contiene muy pocos para explicar la inmensa cantidad observada, y se dió el caso de encontrar un gran número de estos peces en un patio completamente cerrado. En Escocia se produjo una lluvia de arenques y en la América meridional una lluvia de sanguijuelas. También se. han visto lluvias de paja y lluvias de arena. Se ha pretendido explicar estos fenómenos

808

FÍSICA INDUSTRIAL-

singulares diciendo que son borrascas que toman y transportan á lo lejos estos varios objetos; pero se esplican más naturalmente suponiéndolos tomados por el remolino de una tromba, en el momento en que se separa del suelo, para dejarlos caer más lejos. Lo que hemos dicho referente á una lluvia de varios objetos, que cayó á 25 kilómetros de las fábricas de Monville devastadas por una tromba, viene en apoyo de esta explicación.

A todo ello añadiremos, para terminar, los hechos siguientes: el 8 de Julio de 1833 se formó una tromba en el mar, en la punta de Pansilippe, cerca de Nápoles, explotando en la orilla, en donde desaparecieron instantáneamente las naranjas contenidas en unas canastas, que cayeron al poco tiempo en una azotea bastante apartáda. Manduit observó, el 13 de Septiembre de 1835, en Caux, una tromba que tomó toda el agua de una charca con los peces que contenia. l.

CAPÍTULO VII DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

Auroras boreales ó polares.

APARATOS Y MÉTODOS DE OBSERVACION

á mediados del siglo xvm se estudiaba la electricidad de las nubes tempestuosas, por mefl' dio de barras aisladas, se observó que estas barras se electrizaban sin que existiese nube alguna. Este importante fenómeno lo observó Lemonnier, que sacó chispas, en tiempo sereno, de una larga espiga de hierro aislada terminada en punta. Con esto reconoció que el aire se encuentra frecuentemente electrizado; que la cantidad de electricidad está sometida diariamente á variaciones regulares cuando el cielo es puro; pero que no existe ninguna señal dur_a nte los fuertes vientos, cuando el cielo está cubierto de nubes que marchan lentamente, ni tampoco cuando el tiempo es húmedo y sin lluvia. Instrurfl,entos -de observacion.-Para estudiar la electricidad de la atmósfera, se emplean, ya aparatos fijos, como la barra de Lemonnier, ya aparatos portátiles. Se distingue • el colector, que toma la electricidad del aire, y el electrómetro que la recibe y da á conocer la cantidad. Los mástiles son muy difíciles de aislar. Read es uno de los que mejor los ha sabido construir; , para ello implantó una punta de hierro en lo alto de un mástil de abeto, apoyaU ANDO,

da en un cilindro de vidrio cubierto de goma laca y colocada en una cámara elevada. El mástil atravesaba la cubierta sin tocarla. De la punta salian unos alambres de platino que corrian á lo largo del mástil, y terminaban en una bola aislada, cuyo estado eléctrico se consultaba. Este aparato estaba provisto de una campanilla de aviso. Saussure empleaba un electrómetro de pajuelas (fig. 67) preservado de la lluvia por un casquete c y del cual salia verticalmente una larga espiga en punta, compuesta de varias partes que se enroscaban unas á otras, para que el instrumento fuese portátil. En dos caras opuestas de la campana estaban trazados unos arcos divididos; por medio de una tabla de graduacion, construida por el método de Saussure, se podian deducir las descargas eléctricas de los ángulos de separacion. Tambien ideó Volta el colocar en el estremo de las espigas c a, un cuerpo inflamado que produjese una columna de humo para que recojiese la electricidad del aire. Si hacía viento ó llovia, encendia una mecha de algodon azufrado, que colocaba en una espinal de alambre de hierro. Como hemos visto al tratar de la electricidad en general, la combustiones tambien un manantial eléctrico, y ha demostrado Volta, en este caso concreto, que no ocasiona

FÍSICA INDUSTRIAL

En vez de la bola B, se puede enroscará la error alguno. Si la tension del aire era muy débil, empleaba el electrómetro de condensa- punta de la espiga una punta ó un penacho de dor, cuyo plato inferior se pone en comunica- alambres de platino, en ,cuyo caso el aparato cion con la atmósfera y el plato superior con se electriza por influencia y se conserva cargado de electricidad de igual signo que la de el suelo. una aire la atmósfera. Se procede lanzando á través del Si está armado el aparato con la bola B, bala metálica que toma la electricidad de todos los puntos que recorre (fig. 68). Esta bala ésta recibe la electricidad opuesta á la del está unida, por medio de un hilo conductor, aire, y las agujas reciben la electricidad del á un anillo a, que corre á lo largo de la espiga mismo nombre; tocando la bola b, se expele b y se separa del aparato al salir con fuerza la esta electricidad al suelo, y el aparato conserva el fluido contrario al del aire. bala. Balan1a de Dellmann.-Este aparato que Becquerel y Breschet, en sus observadones e?, el monte San Bernardo, sustituyeron la bala puede servir de electrómetro ordinario, parpor una flecha que lanzaron por medio de un ticipa á la vez del instrumento anterior y de arco. La 'cuerda, de So metros de largo, estaba la balanza de Coulomb. La electricidad que se doblada en zig-zag sobre una hoja de tafetan trata de conocer se conduce por la parte infeaislante colocado en el suelo. En estos espe- rior á una espiga horizontal fija aislada, en rimentos, la espiga t no debe terminar en la cual se coloca primeramente una aguja punta, con el objeto de que el aparato conde aluminio suspendida por un hilo cuya . serve su electricidad y pueda determinarse su electricidad es muy irregular. Este hilo se arrolla á una pequeña •cabria que sostiene naturaleza . Eleetrómetro de Peltier.-B. (fig . 69) es un un plato dividido, situado sobre un tubo cenglobo hueco de cobre, sostenido por una es- tral fijo á la tapa del instrumento. Despues de piga provista de un casquete e, y que penetra cargada la espiga fij a, se levanta un poco la en una caja de vidrio, encontrándose aislada _aguja, que ·inmediatamente se desvia; se la aquella por un disco de goma laca b. El anillo lleva á una distancia constante, en todos los vertical a a sostenido por la goma laca, y con- experimentos, haciendo girar el plato supetenido en un cilindro de vidrio fijo al pié del rior, y entonces la fuerza repulsiva es igual instrumento, sostiene una punta vertical, en á la fuerza de torsion y proporcional al cuala cual se mueve una aguja curva de cobre drado de la carga total, ó del potencial sumio o, cuya chapa sostiene á su vez una pequeña nistrado á la espiga. Luego el potencial es aguja imantada e. La espiga de cobre A está fija proporcional á la raíz cuadrada del ángulo horizontalmente debajo del anillo a a. Para total de torsion. Electrómetros de Thomson.-Estos instruemplear este electrómetro, se principia por colocarle de modo que la aguja o o, dirigida por mentos son muy c_ómodos en los viajes, y llela aguja imantada e, se encuentre en el mismo van consigo cierta carga constante de electriplano vertical que la espiga A. Si entonces cidad cÓfl: la cual se compara la de la capa de recibe el anillo a a electricidad, la comunica aire que se estudia. La fig. 70 representa el primero de estos á la espiga A y á la aguja o o, que se separa de ella inmediatamente. El ángulo de separa- experimentos; se compone de un pequeño cion se conoce por dos divisiones, trazada la vaso de vidrio especial, cuya armadura inteuna alrededor de la caja cilíndrica y en la tapa rior está formada por la placa G y por su sola otra; y la carga eléctrica, por una tabla porte, y la armadura exterior.por una guarniconstruida por medio de un segundo aparato cion metálica que no pasa del nivel G. La idéntico, segun el método de Saussure. placa G tiene practicada una abertura p, por hace se instrumento, el Para transportar · ta cual pasa sin rozar una placa de aluminio girar la bola b; entonces la pequeña pieza que fija al extremo de una palanca de la misma se ve sobre el anillo a a, en la prolongacion materia. El eje de apoyo de esta palanca está de la espiga central, baja y mantiene la agu- formado por un alambre de platino tendido ja o o. horizontalmente muy cerca de la placa de alu-

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

minio; el lente l sirve para ir siguiendo los cambios verificados por su extremidad. El disco A, recibe la electricidad del colector por el alambre e y se puede aproximar más ó menos á la platina G por medio del tornillo micrométrico C. Se principia por cargar negativamente la placa G quitando el tapon F, é introduciendo una espiga terminada en punta, aislada de los bordes de la abertura por medio de un tubo de vidrio y á la cual se aproxima una placa de ebonita. Desecado el aire interior por un anillo de piedra pomez P sobre el cual se han derramado algunas gotas de ácido sulfúrico concentrado, la carga solo disminuye de _.:__ 20

en ocho dias. Para operar, se toma el aparato con la mano izquierda, se coloca la lente l á la altura del ojo, se baja el casquete D para que el colector comunique con el suelo, y se hace girar el tornillo C de modo que el disco A situe la placa de aluminio p en el plano de la placa G; la punta de la palanca coincide entonces con una guia fija. Se quita luego el casquete D, el disco A recibe la electricidad del colector, la hoja p cambia de posicion, y moviendo el tornillo C se hace de modo que vuelva á adquirir su primeraposicion. La variacion de distancia entre las superficies A y G mide entonces la difernncia de los potenciales del colector y de la placa G. El segundo electrómetro, llamado heterostático por Thomson, consiste en dos botellas de Leyden, b,B (fig. 71) contenidas en una caja de vidrio v, y puestas en comunicacion por medio de un alambre de platino tirante c. Este hilo lleva una aguja de aluminio e que se mueve en un círculo dividido n n, y se pone en contacto con dos vástagos dependientes de la armadura interior de B. Entonces se verifica repulsion, se separa la aguja, y, haciendo girar la botella b sobre sí misma, se puede dar á esta aguja la posicion que se desee. La electricidad del colector de mecha m, fijo sobre el aparato por medio de una columna aislante C, se conduce por un hilo metálico / á un conductor aislado, que no se representa en la figura, que se situa cerca de la aguja, experimentando entonces ésta un cambio angular. Para verificar una observacion, se pone en

comunicacion el hilo con. el suelo, dando una posicion determinada á la aguja. Se corta luego la comunicacion, el conductor aislado recibe la electricidad del colector, y la aguja se mueve. Se la devuelve su primitiva posicion, y se comparan los dos ángulos de torsion sucesivos del hilo e. Rheómetro.-Colladon fué el primero que aplicó · el rheómetro multipllcador al estudio de la electricidad atmosférica. Uno de los extremos del hilo que rodea la aguja imantada comunica con una larga punta aislada, y el otro extremo con el suelo. Para que las vueltas del hilo de cobre del rheómetro estén bien aisladas unas de otras, se moja la seda de que están cubiertas con una disolución concentrada de goma laca en alcohol. Quetelet instaló en el Observatorio de Bruselas un ªP,arato de esta clase, cuyo hilo da 2,400 vueltas alrededor de la aguja, y comunica con una larga espiga de hierro terminada por un penachito de hilos de platino muy finos. Al recorrer la electricidad el hilo del aparato, la aguja imantada se desvía, y el sentido de la desviación da á conocer la naturaleza de la electricidad que pasa. Este instrumento no es tan sencillo como los electrómetros de péndulo. Demuestra Peltier, por un procedimiento especial, que para desviar de un grado la aguja de un rheómetro muy sensible, se necesitan miles de veces la cantidad de electricidad estática que bastaría para producir la misma desviación en su electrómetro (fig. 69). Así, sucede que los rheómetros permanecen muchas veces sin moverse, mientras que los demás instrumentos señalan la presencia de cantidades notables de electricidad en el aire. También se emplean cometas con punta ó globos cautivos. En los observatorios se dispone siempre de varios aparatos de sensibilidad distinta. Aparatos de los observatorios.-En los observatorios se pone en comunicación el electrómetro que se adopta con varias clases de colectores. 1. º _ Se emplea una larga espiga termir:ada en puntas que, por influenda, toma un potencial igual al de la capa de aire en donde penetran estas puntas. La figura 72 representa la disposición de

FÍSICA INDUSTRIAL

los aparatos estal:;>lecidos por Palmieri en el igual al del aire situado alrededor del orificio observatorio del Vesubio. El conductor de cuando sale el agua de gota en gota, ó del aire punta A B atraviesa el techo de la cámara . al nivel en donde la vena se divide en gotas, situado en la parte más alta del edificio, y si sale de un modo continuo. Aparatos registros.-·Para seguir con conpuede resbalar por un tubo de vidrio v pertinuidad las variaciones de la electricidad fectamente aislado. Se le puede subir por medio de una cuerda de seda e, e, e que pasa por atmosférica, se registran las indicaciones de una polea de vidrio A, sostenido por un ci- los electrómetros por medio de la fotografía. lindro aislante, y el conductor puede ponerse Primeramente se sacó la imagen de los éxtreen comunicación con un electróscopo de pila mos de las pajuelas de un electrómetro de seca o, ó con un rheómetro r, ó también con campana, por el procedimiento Ronals, sobre un electrómetro imaginado por Palmieri, un papel sensible aplicado á un cilindro giraconstruído bajo el mismo principio que el de torio horizontal. La figura 73 representa un aparato regisPeltier; sólo que la electricidad se comunica trador construido por Salleron para el Obá la espiga horizontal fija, se suspende la aguja móvil por el sistema de doble-hilo, con servatorio de Montsouris. El potencial del aire dos hilos de capullo, y se suprime la pequeña se mide á la vez con dos electrómetros de Branly Am, Bm', de distinta sensibilidad, aguja imantada. Se observan las indicaciones del electró- . sirviendo el menos sensible para registrar las metro en dos posiciones de la aguja A B, y fuertes cargas con poco despl-azamiento anguasí se tiene la diferencia de los potenciales de lar de su aguja. Dos de los cuatro sectores las capas de aire en las cuales penetra sucesi- que obran sobre esta aguja están cargados á potencial cc)nocido y los otros dos comunican vamente la punta. 2. Al extremo de la espiga se coloca un con el colector. Un mechero de gas que arde cuerpo en combustión, como hacía Volta. en una chimenea opaca F, produce dos haces Thomson repite este método, tomando como luminosos que se reflejan por los prismas g, g' mecha un pequeño rollo de papel impregna- y van ~parará los espejos suspendidos debajo do de azoato de plomo, que quema sin llama de cada una de las agujas. Estos espejos reflejan los haces á una lente cilíndrica I, á través y se deshilacha con regularidad. Marie-Davy empiea simplemente mechas de la cual afluyen á dos focos determinando de lámpara de petróleo impregnadas con la dos curvas en el papel sensible que cubre el misma sal. Estas mechas comunican á la es- cilindro H movido por un sistema de relopiga dos veces más de electricidad que las jería K. puntas y presentan sensibles diferencias de Electricidad en la atmósfera. potenciales que no podrían indicar estas últimas. El estudio de la electricidad en la atmósfera Birt combinó los dos sistemas de colectores anteriores, fijando tres puntas de platino está como hemos dicho muy poco adelantado. al extremo de una espiga tubular á lo largo Es evidente que los electrómetros sólo darán de la cual corre una lamparilla movida por indicaciones cuando el extremo del colector medio de un cordon arrollado á una pequeña esté situado en una capa de aire cuyo potencial polea situada arriba. Se enciende esta lám- difiera del de la capa en donde está situado el para y se la sube cuando se quiera utilizar. La instrumento; así, por lo tanto, _sólo medirá la espiga se aisla por un tubo de vidrio calen- diferencia de potenciales de estas dos capas. tado con una lámpara -para que se conserve Para obtener la diferencia entre los potenciales de varias capas de aire debe variarse la altura seco. 3.º Thomson emplea también, para las de la espiga del colector (fig. 72). Observemos también que el potencial en un observaciones regulares, un vaso aislado que punto del aire no representa tan solo la cancomunica con el electrómetro y contiene agua tidad de electricidad que se encuentra en él, si que va saliendo lentamente por un tubo metálico. Este vaso toma pronto . un potencial que también el efecto 1:esultante de todas las 0

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

acciones inductivas ejercidas sobre este punto do están situadas sobre una llanura unida; por la electricidad del aire y hasta por la pero forman inflexiooes y se acumulan sobi·e del suelo, á distancias que pueden ser muy los resaltos del terreno y tanto más cuanto grandes. más elevados son éstos. Bastan algunos cirrus, ELECTRICIDAD DE LA ATMÓSFERA EN TIEMPO por ligeros que sean, para destruir, por inducSERENo.-La electricidad del aire, cuando el cion, la regularidad del fenómeno. Peltier cielo es puro, es siempre positiva; de lo cual halló un dia electricidad positiva hasta 50 se deduce que la superficie del suelo debe metros de altura, l1,1ego una zona neutra y estar constituída por influencia, al estado ne- luego una zona negativa de 20 metros de esgativo, en particular en las partes salientes pesor, encima de la cual reapareció la elecque presenta. La cantidad de electricidad con- tricidad positiva. tenida en el .a ire depende de la altura, de la El aumento de la electricidad á medida que hora y de la estación. Para estudiar las leyes aumenta la altura, esplica los experimentos de este fenómeno debe colocarse el electró- siguitntes, que suministran el medio de commetro en paraje descubierto. De no ser así, probarlo. esto es, cuando está dominado por objetos Al verificar Eiot y Gay-Lussac un viaje · cercanos, no da ninguna sefial de electrici- aerostático, dejaron caer desde la barquilla dad, como sucede, en el fondo de los valles un alambre de 50 metros de largo terminado estrechos, debajo de los árboles, en las calles, en una bola, y observaron la parte superior etcétera. En los muelles, en el centro de las de este alambre electrizado n egativamente, á plazas y otros puntos algo despejados , se en- pé'Sar de estar sereno el tiempo. Biot esplica cuentra un poco de electricidad. En los puen- este resultado observando que el aire situado tes la cantidad es muchas veces mayor que al sobre la barquilla, electrizado positivamente y raso. con más fuerza que el aire situado debajo, obra Variaciones debidas á la altura.-EI popor influencia en el alambre, llamando hacia tencial eléctrico aumenta á medida c¡ue se arriba la electricidad negativa. sube, como lo comprueban Saussure, Ermann, Experimento de Hermann.-Un ántiguo Volta, Becquerel, Peltier y otros. Hasta un experimento de Saussure, repetido por Hermetro sobre el suelo, no se encuentra ningún mano, se es plica tambien por los mismos prinindicio de electricidad. Desde este punto halló cipios. Un electrómetro terminado en una Quetelet, en Bruselas, que la intensidad eléc- bola, se pone en comunicacion con el suelo, trica es proporcional á la altura, resultado luego se le aisla, y no da ningun indicio de hallado igualmente por Thomson y Mascart electricidad. Al elevarle á 40 ó 50 metros, las y Joubert. Pero debe observarse que esta pro- hojas de oro se separan inmediata.m ente á porcionalidad sólo se ha comprobado en altu- causa de la electricidad po~itlva,· si se le vuelras muy reducidas. Para alturas considera- ve al punto de partida, las hojas de oro vuelbles, pocos son los -experimentos practicados; ven á caer, si se le baja más aun, las hojas de sin embargo, observó Peltier con un cometa, oro divergen nuevamente, por efecto de la que la electricidad, que crece lentamente hasta electricidad negatlva, para volverse á juntar 100 metros, aumenta luego con mucha rapisi se coloca otra vez el instrumento al punto dez hasta una altura de 24 7 metros, que .es la primitivo. Luego, el electrómetro no habrá mayor que ha observado. recibido ninguna electricidad del aire, puesto Las observaciones hechas en ascensiones que no Ja conserva al volverle al punto iniaerostáticas, prueban que el aire de las altas cial. En este punto, y puesto en comunicacion regiones (6 á 7 mil metros), está fuertemente con el suelo, se ha cargado, bajo la influencia cargado de electricidad positiva, que recogen de las capas superiores de la atmósfera, de los cirrus para transmitirla al bajará las nubes electricidad negativa que ha permanecido ditempestuosas . simulada, si así puede decirse, en la bola del Capas de nivel.-Se llaman así las capas de instrumento. Al subirle luego, una nueva aire que tienen en todas sus partes el mismo tiescomposicion del fluido neutro ha repelido potencial. Estas capas son horizontales cuan- el fluido positivo hacia las liojas de oro. Al

Ffs1cA. lND.

T. 11-1

FÍSICA INDUSTRJ Al

bajarle, por lo contrário, menos atraido el fluido negativo hacia la• bola superior, se ha esparcido en parte por las hojas de oro. Los mismos efectos se obtienen subiendo ó bajando una bola metálica aislada, que, por medio de un alambre, comunique con el electrómetro fijo en el mismo sitio. Peltier observa que una baja produce menos efecto que una subida igual. Además, para obtener una misma desviaciou <lepe subirse .mucho más el instrumento en tiempo húmedo que en tie11:po seco. Variaciones diur·n as.-El potencial de la electricidad del aire en un mismo lugar y á la misma altura, varia durante e!' dia y presenta ·dos máximas y dos mínimas, á horas que· varian segun las estaciones. De la sali~a del sol á las seis ó siete de lamañana en verano, á las diez ó las doce en .invierno, y á las ocho, ó á las nueve durante las otras estaciones, la tension eléctrica aumenta , y alcanza su primer máxi'rno. Disminuye luego hasta las tres en verano y hasta la una solamente en invierno, alcanzando un mínimo en el cual la tension es á poca diferencia la misma que á la salída del sol. La tension aumenta despues y alcanza, hacia las núeve de la tarde en verano y las seis en invierno, un segundo máximo-superior al de la mañana. Por último, se verifica un segundo mínimo durante la noche, que Schübler fija á las cinco de la madrugada. La media diurna coincide sensiblemente con la tension á las once de la mañana. De r, 500 observaciones hechas en Kew durante cinco años por Birt, deduce este físico que las dos máximas coinciden á las diez de la mañana y á las diez de la tarde, y las dos mínimas á las dos de la madrugada y á las cuatro de la tarde . Pero para ello no ha tenido en cuenta el estado del cielo, de modo que /

1 - 20

aproximadamente de las observaciones

dieron e lectricidad negativa. Observemos, por último, que las diferencias entre la ~áxima y la mínima son más acentuadas en verano que en invierno, y en tiempo sereno más que en tiempo cubierto. Variacion es 111.ensuales. -Las variaciones . de la electri.c idad del aire segun las estaciones, las estudió Que.telet en Bruselas desde 1844,

observando diariamente ·a1 medio dia el electómetro de Peltier y haciendo cada mes la suma de los grados obtenidos durante dicho mes . La fig. 74 da á conocer los resultados así obtenidos durante seis años; lªs ordenadas son proporcionales á las sumas de los varios meses, á la escala de dos milímetros por unidad. Se ve que la cantidad de électricidad es ¡:nucho mayor en invierno que en verano, el máximo tiene lugar en enero y ·el mínimo en Junio, siendo el primero trece veces aproximadamente mayOf que el segundo. Esta relacion no es sin embargo igual en todas sus partes; segun Rona.lds es más débil en Kew, y segun Lamon es más débil aun en Munich. La curva de la figura se encuentra, construyendo las máximas ó las mínimas de los varios m.eses. La media de estos términos extremos para cada mes, coincide ta.m bien c,:011 la media de los meses. Por último, las medias de los meses de marzo y de noviembre representan sensiblemente la media del año. · Las cantidades de electricidad, en tiempo sereno, varían segun la latitud. Pocos son los datos, que se tienen sobre este particular. Segun Scoresby, la electricidad del aire es nula sobre los mares polares. ELECTRICIDAD EN TIEMPOS CUBIERTOs.-Cuando el tiempo está. cubierto, el estado eléctrico es generalmente muy variable y muy irregular; de suerte que al querer reunir los resultados comparables, deben considerarse únicamente las observaciones hechas en tiempos serenos. Quetelet halla, en Bruselas, que la electricidad, cuando el cielo está nebuloso, es generalmente más· débil que en tiempo sereno, y tanto más, cuanto más se aproxima al mes de enero, durante el cual la electricidad de los dias cubiertos es tan solo la cuarta parte de la de los dias serenos. Bajo un cielo nublado, los electrómetros varían con mucha frecuencia, y en poco tiempo median cambios de naturaleza de la electricidad. En julio de 1842, Peltier vió sobre el Faulhorn nubes blancas que pasaban por encima de él muy electrizadas positivamente que producian nieve, mientras que las nubes cenicientas estaban extraordinariamente cargadas de fluido negativo y producían falso granizo. Observó igualmente, ya con la cometa,

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

_ ya con el electrómetro, que los vapores transSchübler, Volta, Halles y otros, esplican parentes del aire se agrupan muchas veces estas lluvias negativas por la evaporacion de formando grandes nubes invisibles más con- las gotas que producen electricidad; el flúido tínuas que las nubes opacas. Esta dispo,sicion positivo se marcha con el vapor y así quedan de los vapores debe forzosamente ejercer una las gotas electrizadas negativamente. En gran influencia en ciertos meteoros. apoyo de esto se citan las cascadas, que forEn tiempo de tempestad, los electrómetros man una neblina cuyas gotas están electrizaestán c~mtínuamente en movimiento é ind_ican das negativamente. Sin embargo, este último que la electricidad cambia de un momento á resultado debe esplicarse por la influencia de otro 'de naturaleza. U nicamente des pues de la electricidad positiva de las partes elevadas un relámpago permanece un instante en rede la atmósfera, como lo demuestran los exposo, para agitarse nuevamente, á causa de perimentos de Belli, que aisló una fuente de los cambios eléctricos de las nubes. Heron y vió que, en tiempo sereno, el chorro Cuando hay nieblas, la electricidad del aire era positivo y el vaso negativo; mientras que aumenta, pfübablemente porque bajando los no encontró -riingun indicio de electricidad , vapores, conducen á las regiones inferiores cuando tampoco la tenia la atmósfera. Belli ~de la atmósfera la electricidad que han tomado atribuye la electricidad negativa de la Huvia á las capas.superiores. á la accion por influencia ejercida sobre ella Segun Schübler, esta electricidad, ordina- por la nube positiva que, la vierte, siempr~ ria mente positiva, es más pronunciada en inque se encuentre suficientemente próxima al vierno que en verano. La acumulacion del suelo para que su flúido positivo repelido puerocio va acomp'a ñada tambien de un aumento ·da transportarse á través del aire húmedo. notable de electricidad del aire . Relacion entre la humedad del aire y su esDurante . la lluvia y la nieve existe gran tado eléctrico.-Observa Quetelet que existe cantidad de electricidad en las capas inferiores una relacion muy importante entre las variadel aire, electricidad positiva á veces y otras ciones de la electricidad de la atmósfera y las negativa. En Alemania es más frecuente el de la humedad que contiene. Consideremos segundo caso que el primero . En Bruselas, primeramente las variaciones diurnas en tiem-· Quetelet observó veintitres veces solamente po sereno. Antes de la salida del sol, el aire en cuatro años, la electricidad del aire nega- es muy húmedo y esparce por el suelo la electiva, cuyo fenómeno se producía ''des pues ó · tricidad que contiene; despues de la salida del antes de las lluvias ó de las tempestades. Seis sol, suben los vapores, alcanzando la electri• veces solamente fué negativa la lluvia, mien- cidad su máximo. Mas tarde se calienta el tras que durank el mismo espacio de tiempo, suelo, se forman nuevo:: vapores á través de observó veinticuatro lluvias positivas; rasul- los cuales pasa la electricidád del aire al suelo. tado muy distinto del observado en Alemania. La accion solar hace subir lueg.o estos nuevos La direccion del viento durante la lluvia in- vapores y se observa .u n segundo máximo, fluye notablemente en estos resultados. Así, despues del cual disminuye la electricidad, Schübler y Heunner encuentran en Alemania, bajando al propio tiempo los vapores . en dos localidades distintas, que las lluvias En cuanto á las variaciones mensuales de negativas son dos ó tres veces más frecuentes la electricidad,. hé aquí como resume los recon los vientos del sud que con los del norte. \ sultados Quetelet:

maxima } d e eecnct l t . 'd ad , h ume d a d or ¿ i,nana · . cielo • 1o sereno. . t o. , . mm11na c1e cu b 1er

Meses más frias. . .

· máxima}d h d d t. ·¿ ¿Í poca niebla. h mínima e ume a , mue a e 1ec nc1 a l cielo sereno. ~

. ·a d h d aftiempo seco , nubes. ináxima}d , . e electrtct ª , poca ume ª l tiempo seco , cielo sereno. m1mma Meses cálidos y templados . . ~ l t • •¿ d { tiempo húmedo y cubierto. · , d d ) m1x.ima l de ,mme a , poca e ec nct ª ~iernpo muy seco, cielo s·e reno . • \1111Illma)

FÍSICA INDUSTRIAL

Luego, puede deducirse el estado eléctrico del aspecto del cielo y de la observacion del higrómetro. Influencia de la electricidad atmosférica en la vegetacion.-El estudio de la distribucion de la electricidad en la atmósfera ha adquirido u·na importancia considerable desde el descubrimiento de la influencia de lós efluvios eléctricos á alta tension, para fijar el ázoe de las materias orgánicas. Desde luego puede suponerse que las descargas de las tempestades son cap~ces de producir efectos semejantes, particularmente la absorcion del ázoe por.los vegetales, como en efecto se ha observado que la vegetacion se activa con las tempestades; _ mas como éstas se verifican cuando hace calor y producen lluvia, los resultados deben atribuirse á estas dos circunstancias. Con este objeto Berthelot trató de indagar si en tiempo sereno podría la electricidad de la atmósfera determinar la fijacion _del . ázoe en las sustancias orgánicas, y observó que realmente es así.~ El aparato que empleó en sus experimentos consiste en dos. tubos de vidrio delgado T T, t t (fig. 75) colocados el uno dentro del otro y separados por pequeños cubillos d~ vidrio. En el interior del tubo t t hay una armadura a a, formada por una hoja de platino ó de plata, á la cual está fijo un hilo de platino o que atravie'-a los dos tubos, estando soldado á ellos. Este hilo comunica con un colector de caída de agua (fig. 72). En el espacio, de 30 á 35 centímetros cúbicos que separa los dos tubos, se introducen unas cintas de papel blanco húmedo, ó dextrina, y luego se llena de aire ó de ázoe, por medio del apéndice s y del que termina .el grueso tubo por el lado c. Se aplica luego una armadura de estaño exterior en e e, se cubre con goma laca el extremo libre s oe y se pone en comunicacion el alambre e con el suelo. La electricidad tomada á la atmósfera pasa entonces ~por efluvios invisibles, de un tubo á otro á través del ázoe: En los experimentos de Berthelot, practicados en 12 tubos abiertos ó cerrados llenos de ázoe ó de aire, el ázoe se fijó siempre en el papel ó la dextrina, formando un compuesto unido que la cal saturada de sosa descomponía á 3 00 ó 400 grados, regenerando el amoniaco . ·En dos de estos tubos el .papel estaba cubierto de manchas vérdosa_s, veg'etaciones microscó-

picas producidas por algúnos gérmenes intro- , ducidos en el aire, siendo la cantidad de ázoe fijada en estos dos tubos notablemente mayor que eo los otros. En los estudios relativos á las causas que activan la vegetacion, se deberá considerar en adelante esta influencia de la_electrjcidad atmosférica, cuya existen~ia _no s{! conocía antes. Orígen de la electricidad atmos/érlca.Volta, Laplace y Lavoissier suponían que la vaporizacion del agua en un crisol muy caliente producía electricidad. Posteriormente Pouillet pr:ecisó las condiciones del fenómeno, encontrando que no existe produccion de electricidad más que cuando el agua tiene en diso- , lucion algunas materias cuyo vapor se separa. Si estas materias son sales, se electriza negativamente el vaso y el vapor positivamente. Demostr6 además Pouillet que el acto de Ja vegetacion va acoro pañado tam bien de una produccion de electricidad. Hé aquí, pues, dos caudales de electricidad atmosférica: la vegetacion y la evaporacion que se verifica en la superficie de los mares, de las tierras húmedas y de las hojas de los vegetales. Este origen -ae la electricidad del aire es el que al principio se admitía, hasta que observó Gutlrrie que durante el invierno es cuando el aire se encuentra más fuertemente electrizado, siendo esta la época del año en que la evaporacion y la vegetacion son menos activas. A esto se contestó que, durante el invierno, la electricidad de las altas regiones llegaba más fácilmente á las partes bajas; la conductibilidad del aire es menor durante el invierno, puesto que depende del peso absoluto de vapor que contiene el aire, siendo este peso menor en· invierno que en verano. Peltier observa igualmente que es _e n el momento del dia en que la evaporaciones más activa que se presenta el primer mínimo diurno. Habiendo el mismo observador repetido los experimentos de Pouillet, halla que la electricidad no se presenta en el agua que haya tomado la forma gl0bular, más que en el instante en que el yapor se produce bruscamente, de suerte que la electricidad que torna no esté al alcance de la que tiene el crisol, y ciertamente no es en estas condiciones que se verifica la evaporacion en la naturaleza.

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

A estos experimentos se puede responder

con los siguientes: habiendo aislado Matteucis una placa de metal de _!_ de metro cuadra3

do de superficie, cubierta con tierra humedecida con agua salada, la expuso á la accion del sol,despues de puesta en comunicacion con un electrómetro; las hojas de oro se separaron por efecto de la electricidad negativa. Si agitaba el aire situado sobre la placa, el efecto era mucho más marcado aun, por activarse así la evaporacion y arrastrar el vapor junto con su electricidad. Los vapores que se forman en la superficie de la tierra, quitan, pues, grandes · cantidades de electricidad positiva á la atmósfera. Resulta igualmente de esto que el suelo recibe continuament e electricidad negativa, retenida en su superficie por la atraccion de 1a del aire, que se acumula en los objetos elevados, los árboles, las montañas. Este estado negativo del suelo, aumentado con la induccion producida por la electricidad positiva del aire, esplica la subida de las nubes negativas, la bajada de las nubes positivas y su permanencia alrededor de los picos elevados, en donde están retenidas con tanta fuerza que resisten los vientos fuertes. Palmieri dice haber comprobado experimentalmente en 1869 la produccion de la elec::. tricidad en la condensacion del vapor. El P~ Secchi admite este sistema de produccion, por consideraciones teóricas, sin suponer que el movimiento calorífico que acompaña los cambios de estado pueda efectuarse sin movimiento de éter y, por consiguiente, sin movimiento eléctrico. Por esta parte, Faraday, Peltier, De la Rive, Becquerel y Gangain, deducen de sus experimentos que los cambios de estado de los·cuerpos no van acompañados de manifestaciones eléctricas. Peltier propone la siguiente esplicacion: En tiempo sereno, el aire no contiene electricidad positiva, y si los instrumentos indican su presencia, .provendrá sin duda esto de una induccion producida por la tierra, que, naturalmente, está electrizada negativament e. Los vapores que se elevan del suelo llevan consigo esta electricidad y forman una capa negativa en la cual permanecen en reposo los electrómetros, por estar completament e sumergidos en ella estos instrumentos. Al alejarles del

suelo, se les hace salir de esta capa y las hojas de oro indican flúido positivo procedente de una induccion producida por la electricidad negativa que se encuentra debajo del instrumento. Si se baja éste, se obtiene un efecto inverso. En este modo de interpretar los fenómenos, ya no debe atenderse al origen de la electricidad positiva del aire, puesto que no la contiene. Pero, la teoria de Peltier no descansa en bases suficientement~ sólidas para que pueda suponerse que la electricidad positiva que se encuentra en el aire en tiempo sereno, sea el resultado de una ilusion. De la Rive, que había tratado de relacionar la electricidad atmosfé,rica con la distribucion del calor en el afre, se inclina á admitir una electricidad propia del globo, producida por las a,cciones químicas que se ejercen en la superficie interna de la costra sólida; la cual conservaría el flúido neg.ativo y, repelido el flúido positivo hacia la superficie exterior, se transportaría á la atmósfera por medio de los vapores.que se forman en la superficie. Por último, se ha llegado hasta á buse:ar tambien en el sol el origen de la electricidad de la atmósfera. Becquerel es uno de los que han desarrollado esta hipótesis, y como la electricidad no atraviesa el vacio, ha supuesto efluvios de gas hidrógeno, que le servían de ve'hículo, lanzados de la superficie solar por la fuerza repulsiva que Faye supone en el sol, para esplicar la direccion de la cola de los cometas . Por lo que antecede se vé claramente que el problema del origen de la electricidad atmosférica dista mucJ10 de estar resuelto; por lo mismo ofrece un campo muy vasto de investigaciones para los físicos y meteorologistas. Auróras polares ó boreales.

Hemos visto ya al tratar de la formacion de las tempestades como la abundante electricidad de las capas elevadas de la atmósfera puede, segun una reciente teoria, perderse en la tierra sirviéndole de vehículo los remolinos descendentes. Esta electricidad puede descargar igualmente en el suelo, pasando á las regiones polares

FÍSICA INDUSTRIAL

á través de un aire muy enrarecido, dando lugar, si la producciones considerable, á efectos luminosos constitutivos de las llamadas auroras polares. Este importante metéoro, conocido tarnbien con el nombre de aurora boreal ó aurora austral, segun se presente en el polo norte ó en el polo sud, presenta aspectos muy va-riados, y, en general, sigue una marcha muy constante ; se forma, se desarrolla y pasa sucesivamente, antes de desaparecer, por una série de fases más ó menos brillantes. Descripcion de la aurora polar.-Algunas horas antes de la aparición del metéoro, la agitacion de la aguja imantada indica una perturbacion en el equilibrio magnético del globo. Esta agitacion aumenta durante las varias fases del fenómeno, y la accion magnética que la produce es á ve.ces tan intensa que dificulta el funcionamiento regular de los telégrafos eléctricos. En el instante en que aparece el fenómeno, y en la direccion del meridiano magnético, primeramente el aire se oscurece y forma un segmento circular oscuro de un tinte pardo ó violado, detrás' del cual aparecen las estrellas como á través de una niebla. Este segmento es tanto menos aparente cuanto más bája es la latitud del lugar de observacion, y se presenta ro_deado por un arco luminoso cuyos extremos apoyan en el horizonte. Este arco aumenta en espesor y en brillo y se presenta tambien á veces compuesto de partes separadas. El punto más alto se encuentra á poca diferencia en el meridiano magnético; se separa ordinariamente de él de 5 á 18 grados en sentido de la declinacion del lugar de observacion, y tanto más cuanto más próximo al polo se encuentra éste, El brillo del arco puede compararse al de la luna llena y es muchas veces visible en pleno dia. El tono es variable, purpurino, azulado, violado. Parece como si cada observador viese un arco particular, lo cual depende sin duda de la posicion de cada uno. Ray os.-El arco luminoso se mueve durante horas enteras afectanqo widulaciones y como si estuviese en. efervescencia; luego se distinguen estrías radiales en él que parecen morder el segmento oscuro en ciertos puntos, de los cuales salen normalmente unas tajas ó haces brillantes, más vivas· en el centro que (;:Il los bordes, como se observa en la fig. 76,

que representa una aurora boreal vista en Turin el 29 de febrero de 1780. Estos rayos suben con más ó menos rapidez, comparable á la de los cohetes. Se quiebran, se multiplican, pasan del zénit y acaban por invadir toda la bóveda celeste formando una cúpula de fuego, móvil como las olas del mar, y cuyos elementos convergen todos, formando lo que se llama una corona, hacia un punto situado en la prolongacion de la aguja de inclinacion, punto llamado ';¡_énit magnético. La formacion de la corona anuncia la terminacion del fenómeno; los arcos pierden su brillo, los rayos se debilitan y acaba todo _por· desaparecer. En las zonas glaciales es en donde particu. larmente se presentan las auroras polares con toda su magnificencia. Atlí se ve á menudo · el arco luminoso que sube con más ó menos rapidez, lanzando rayos y conservando á veces los mismos puntos de union con el horizonte. Este arco va seguido tambien por otros que se forman sucesivamente, separados por espacios oscuros. El primer arco acaba por pasar del zénit, en cuyo caso se separa del horizonte y aparece como una inmensa faja estriada horizontalmente y lanzando los rayos hacia abajo, puesto que, encontrándose entonces esta faja al sud del observador, .el lado hacia donde se lanzan estos rayos parece estar abajo. La faja luminosa está animada de movimientos ondulatorios, semejantes á los de una culebra, ó como los ge una cortina agitada por el viento, formando así curvas bien definidas de contornos cerrados. La bóveda luminosa formada por la corona, si solo se forma una, ofrece un efecto de perspectiva; segun Wilke, todos los rayos están sensiblemente paralelos á la aguja de inclinacion, y si aparentan diverger partiendo del arco y converger luego hacia el centro de la corona, se debe á un efecto de ilusion semejante al que se observa en las aristas de .un tonel en cuyo ceñtro se esté situado, que parecen converger hacia los centros de los dos fondos. Por lo demás, Bravais, que ha estudiado mucho las auroras polares, observa que los rayos estan tan solo á poca diferencia paralelos á la aguja de inclinacion, y Galle y Reimann han comprobado que el centro de la corona está siempre algunos grados debajo del zénit magnético. Morlet considera el arco auroral com-

DE LA ELECTRICIDA·D ATMOSFÉRICA

puesto de estrias muy unidas ó sobrepuestas, vez, pareciacomo si abandonasen el horizonte. puesto que, cuando este arco .pasa al zénit, se Entonces, los pliegues eran más pronunciados le vé cortado á menudo en .este punto por un- y en mayor número, presentándose el arco ancho espacio oscuro. Se han observado á como una larga faja de rayos ondulados sepaveces rayos ó fajas negras que salen del seg- rados en varias· partes formando curvas muy mento oscuro y pasan al -arco y al resto del graciosas. El brillo de los rayos variaba prontamente de intensidad, alcanzando al de las resplandor. Las auroras polares no siempre se presen- estrellas de primera magnitud; los rayos vitan con todas las fases que acabamos de rese- braban con rapidez, las curvas se arrollaban ñar. Muchas de ellas consisten solamente en y desarrollaban como los pliegues y replieun resplandor difuso, sin estrias, semejante gues de una serpiente (fig. 77). Los rayos toal que se ve al oriente antes de la salida del maron color despues; en rojo la base, en versol. Otras veces, solo se presenta un simple de el centro y el resto en amarillo· claro. Por arco luminoso que rodea el segmento oscuro . último, fué disminuyendo elbrillo, desaparelanzando apenas algunos rayos muy cortos. ciendo los c~lores y debili'tándose todo poco á Las más bellas auroras polares pierden mucho poco hasta desaparecer». La comision científica del Norte observó 150 en visualidad si se está lejos del polo magnético; entonces solo se perciben l~s extremos ¡ auroras boreales en 200 dias. Parece ser que de los rayos y la corona, si solo se forma una. · en el polo norte son muy escepcionales las Las auroras boreales se ven rara vez en Italia, noches sin aurora boreal, de modo que se puemientras que en América, á igual latitud son de suponer que las hay todas las noches, vamuy frecuentes, á causa de la proximidad del riando solo en intensidad. Las auroras boreales son visibles á distanpolo magnético. Becquerel observó en Bo·ssekop, en Lapo- cias considerables del polo y á extensiones nia, en 1838, á 70 grados de latitud, una aurora inmensas,. como lo prueba el haberse visto boreal · que describe de este modo: «Por -la una misma aurora boreal en Mosco~, en Vartarde, entre las cuatro y las ocho, la bruma sovia, en Roma y en Cadiz. Extension )' (!Ztura de las auroras boreales. que reina habitualmente al norte de Bossekop, -Como acabamos de decir, este metéoro se principió á tomar color por su parte superior. Este resplandor fué regularizándose poco á extiende á veces á distancias inmensas de los poco, hasta formar un arco mal definido, ama- polos: el capitán Lafond vió el 14 de junio rillo pálido, cuya concavidad miraba al suelo de 1831, en el hemisferio austral, á la latitud y cuyo vértice se encontraba sensiblemente de 45 grados y en el meridiano del centro de la Nueva Holanda, una aurora boreal en dien el meridiano magnético. »De pronto las estrias negruzcas separaron reccion noreste. Dolton obser:vó varias veces con regularidad las partes luminosas del arco. auroras australes en Inglaterra. La altura de las auroras polares se ha exaSe formaron rayos luminosos que se alargagerad.o mucho; los antiguos físicos la llevaban ban y encogían lentamente ó instantáneamás allá de los límites de la atmósfera; mas mente. Las bases de estos rayos eran las partes que ofrecían la luz más viva y formaban como observaron luégo que el metéoro seguia un arco más ó menos regular. La lon_gitud de el movimiento de la tierra, le colocaron en los rayos era muy variable y todos conver- las regiones superiores del aire. La altura del gian á un mismo punto del cielo, indicado por - arco es muy variable, y puede ser tan pequeña la prolongacion del extremo sud de la aguja: en el polo, que se proyecte en las nubes y de inclinacion; á veces los rayos se prolonga- tambien en las montañas. Perry dice haber ban hasta su punto de concurso, presentando visto un rayo auroral herir la tierra á pdca así la forma de un fragmento de cúpula lu- distancia de él. Ruido de la aurora polar.-Los habitantes minoso. :»El arco fué subiendo hacia el zénit y su de las1 regiones boreales suponen generalmenbrillo presentaba un movimiento ondulatorio. te que en las altas latitudes la aurora polar va A veces uno de sus arranques ó los dos á la . acompañada de un ligero ruido, semejante al

880

FÍSICA INDUSTRIAL

de las chispas eléctricas, que aument a de intensida d cuando los ray9s salen con viveza. Sin embarg o, se ha compro bado que este ruido solo provien e del viento ó del crujido de la nieve. EXPLICA CION DE LAS AURORAS POLAR ES.-Las

auroras boreales habían ya llamado la atencion de los antiguos: Aristóteles y Séneca las observ aron bajo el punto de vista filosófico, y Plinio vió más tarde en ellas presagios funestos. En la Edad Media este metéor o causaba el espanto de las gentes. A principios del siglo XVII ya princip iaron las luces de la ciencia á vencer la ignoran cia, y mientras el historiado r Legrain habla aun, en 1615, de una aparici on de hombre s de fuego que combat ían con lanzas, Lamott e Levoyer, testigo del mismo fenómeno, lo refuta y le da su justo valor. Gassendi fué uno de los primer os que observó el rnetéoro científicamente y fué él tambien el que le dió el nombre de aurora bore¿1l. Alguno s tomos se necesitarían para analiza r todos los sistemas que se han propuesto desde esta época para dar su explicacion. Primer amente se atribuía á exhalac iones que salian del suelo de las regiones polares, que fermen taban y produc ían luz; Musch enbroe ck las supone bien dispuestas en forma de olas que se chocan, y Lemon nier las compar a á la materia de los cometas. Euler supone que las partículas del aire son arrojadas por la impulsion de los rayos solares á una inmens a altura, en donde se convie rten en lumino sas. Otros hacen interve nir la reflexion y la refraccion de los rayos solares sobre los hielos polares, luego sobre píl,rtículas de hielo que se encuen tran en suspen sion en el aire. Halley suponía una corrien te de flúido magnét ico que salia de la tierra por el polo Norte. Mairan atribuy e la aurora boreal á un vapor lumino so que rodea el sol y que llega hasta la tierra; teoría present ada con tanto .arte que se admitió generalm ente, hasta que Celsino y Hiorter , en I 740, descub rieron la influencia de la aurora boreal en la aguja imanta da. Eberha st, en Hay, y Pablo Frisi, en Pisa, dieron un gran paso en esta cuestio n compa rando la luz del metéor o con la de la electricidad en el vacío. Cantan , Beccaira, Wilke, Frankl in, Balton y Bertho lon, bosque jaron luego varias teorías eléctricas de la aurora boreal. Volta su ponía

que el meteoro se producía por la inflamacion del gas de los pantanos, que se acabab an de descub rir entonce s, y Biot busco la esplicacion en las aglome racione s de polvos ferrugi nosos lanz_ados por volcane s próxim os á los polos, que servían de conduc tor á la electricidad del aire. Segun Humbo ldt, la aurora polar es la resoluc ion de la tempes tad magné tica que agita la aguja imanta da; lo cual no e,plica ciertam ente el fenóme no y sí solo da una indicacion muy remota de su causa primera. Por último, Morlet ya no se aleja tanto de la verdad cuando lo atribuy e á la electricidad atmosférica que pasa á ser lumino sa por sus cambios en aire muy enrarec ido y repelida por el magnet ismo terrestr e. Explica este físico el arco auroral por la reflexion de la luz eléctrica en las caras de las partícu las de hielo prismáticas ó piramid ales conven ientem ente orienta das. Teoria de la aurora polar. -El origen eléctrico de la aurora polar está demost rado principalm ente por su accion sobre la aguja imantada y por la semejanza de la luz que emite con la que manifiesta la electricidad al pasar por gases muy enrarecidos. El primer punto que debe esplicarse es la acumul acion de · grande s cantidades de electricidad en las regiones polares. Hé aquí como lo esplica Peltier: Los vapore s que se elevan entre los trópicos, con el aire d,ilatado, se dirigen á los polos, á una gran altura, arrastr ando consigo toda la electricidad que contien en y se conden san en partícu las heladas . A medida que la corrien te se va aproxim ando al polo, va determ inando círculo s paralel os de grando r decreciente, y encont rándos e la cantidad de electricidad que no se ha perdido durante el trayect o retenid a en un espacio más y más pequeñ o, acaba por adquiri r una tension conside rable, produc iendo descarg as luminosas entre las partícu las de hielo, con tanta mayor facilidad cuanto más enrarec ido esté el aire en donde esto se manifieste. Estas Jescarg as se verifican circula rmente alrededor del polo y forman la aurora polar. De la Rive formula de un modo más exacto y más comple to una explica cion aná~oga, La electricidad positt'va de las altas regione s de la atmósfera intertro pical se dirige hacia los polos aumen tando en tension., .y se une, por mt-

881

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

dio de las partículas de hielo que flotan por el 1 Obse-rvaciones.-La teoría anterior la conaire, al flúido negativo de la tierra, formán- firman varias observaciones. Wrangel obserdose en el suelo una corriente que va del polo vó círculos lµminosos alrededor de la luna al ecuador. Esta corriente, necesariamente va- cuando lós rayos aurorales se dirigian hacia riable segun la temperatura del aire, obra so- ésta, cuyos drculos son producidos por parbre la aguja imantada y produce las variacio- tículas cristalinas de hielo. Al nacer el dia se nes diurnas. Al existir una gran acumulacion han observado muchas veces numerosos cirde partículas helada$, se percibe una nube rus en los puntos en donde habian aparecido oscura, que no es más que el segmento oscuro, resplandores, y se ha visto tambien con muy luego unas descargas luminosas que forman cha frecuencia que conservaban la forma de los rayos aurorales. Estos rayos salen en sen- las placas aurorales observadas durante la tido ascendente, como lo observa Franklin; el noche anterior. movimiento eléctrico tambien se dirige á los De un sinnúmero de' observaciones resulta polos, como sucede con los vientos de aspira- que, cuando se produce una aurora en uno de cion que soplan en sentido contrario de su los polos, se produce constantemente otra, á propagacion. Así que se ha iniciado una des- poca diferencia al mismo tiempo, en el hecarga cerca del polo, queda roto el equilibrio, misferio opuesto. Loomis gublicó en 1861 un propagándose rápidamente el movimiento en cuadro de las auroras observadas desde 1841 retroceso á una gran distancia. á 1848, en Cristiania y en Hobarton (isla de La aguja imantada se agita pgi efecto de Diemen), en el cual se comprueba esta notalas descargas, durante las cuales la corriente ble coincidencia. Basta ella para explicar las terrestre experimenta necesariamente varia- anomalias que se observan en el sentido de la ciones bruscas de intensidad, dando lugar á corriente derivada de los hilos telegráficos. la llamada tempestad magnética. Al verificarse La relacion que existe entre las perturbalas grandes auroras boreales, aumenta extra- ciones de la aguja imantada y los movimienordinariamente la declinacion occidental de tos violentos de la atmósfera, se explica fácilla aguja. Los hilos telegráficos, ·cuyos extre- mente por la perturbacion que se nota en las mos comunican con el suelo, derivan una par- corrientes superiores de la atmósfera transporte de las corrientes terrestres, que entorpecen tándo la electricidad hacia los polos. Además, muchas veces el funcionamiento de los apase ha comprobado que las fuertes tempestades ratos, observándose que estas corrientes son van precedidas siempre de la aparicion de una intermitentes y solo duran algunos minutos, aurora polar, que indica grandes desplazamarchando ya del norte al sud, ó ya del sud mientos del aire, productores de cirrus espesos al norte. que amasan grandes cantidades de electriciLas partículas heladas son muy abundantes, dad, de las cuales resultan las descargas luparticularmente cua~do se halla el sol en el minosas observadas. Dufour cuenta que, hemisferio opuesto al polo que se considera; cuando la c~lebre tempestad del 13 de julio durante la estacion fria es cuando las auroras de 1788, colocado Sanssure en el llamado cuepolares son más frecuentes; entonces se pro- llo del Gigante, observó la presencia de tres ducen casi diariamente, supliendo en parte fajas aurorales durante la noche del 12 al 13, habiendo permanecido muy agitada la brújula á la luz del sol. Lemstrom modifica á esta teoría, relativa- durante el día 12. Experimentos de De la Riv~.-Este físicmente á la causa de la acurnulacion de electricidad en la atmósfera de las regiones pola- trató de imitar experimentalmente los princio res. Esplica esta acumulacion por la accion pales aspectos que presenta la aurora polar y que la electricidad negativa de la tierra ejerce demostrar la relacion de posicion que afecta sobre la electricidad positiva esparcida por con el polo magnético del globo. La fig. 78 las capas elevadas de la atmósfera, converti- representa un aparato con el cual es fácil redas en .::onductores por su rarefaccion. Por el producir estos experimentos. En un huevo cálculo encuentra que esta atraccion es un 42 eléctrico penetra un cilindro de hierro dulce por 100 mayor en el polo que en el ecuador. C F, apoyado en un electro-iman exterior E. FÍSICA. lND.

T, 11-111

•

FÍSICA INDUSTRIA.L 882 Este cilindro está cubierto con una capa ais- colores. En el arco interior, el rojo es el color lante formada por un tubo de vidrio cuyas dos más alto; en el otro arco es el violado. Raras caras están cubiertas con goma_laca. Las dos snn las veces que aparecen tres arcos; la teo' bases de estos cilindros están libres. Un anillo ria indica que pueden existir mayor número, de cobre C rodea la parte inferior de esta capa en cuyo caso son tan pálidos los colores que aislante y comunica con el bot_o n c. Cuando, no pueden percibirse á simple vista. El fenómeno del arco iris se produce por la despues de practicado el vacío en el huevo eléctrico, se pone en comunicacion por medio de_scomposicion de la luz blanca del sol en el del boton T el cilindro C F con el electrodo instante en que atraviesa las gotas de lluvia y positiv'o de una bobina de Ruhmkorff, ó de por su reflexion .en sus caras internas. Este una máquina de Holtz, y el aniUo C con el fenómeno se ·óbserva tambien en las gotas de electrodo negativo, se ve como un haz lumi- rocio, en los chorros de agua, y en general", noso agitado que va de la base F al anillo C, en todos los puntos en donde -la luz del sol en el cual se distinguen destellos muy brillan- penetra, bajo cierto ángulo, en las gotas de tes. Entonces, si se hace pasar una corriente agua. . eléctrica por el electro-iman E, para que el La aparicion del arco iris y su extension dependen cilindro C F se imante, de la posicion del observador y de la luz toma otro as, pecto y empieza á girar rápidamente alrede- la altura del sol sobre el horizonte; de lo cual dor de C F en sentido del movimiento d~ la se deduce que no todos los rayos refractados electricidad positiva por el hilo del electro- por las got~s de lluvia y reflejados por su concavidad en el ojo del espectador, bastan para iman. Como se han visto auroras boreales que gi- producir el fenómeno. Los que le producen raban de este á oeste, con una velocidad que han recibido el nombre de rayos efi,caces. puede alcanzar 20º por hora, y habiendo establecido Ampere la existencia de las corrientes · Halos. terrestres que circulan del este al oeste, se ve que el experin;iento reproduce fielmente la Los halos son círculos irisados que aparecen rotacion de la aurora alreded·or del polo mag- á veces alrededor del sol concéntricamente á nético. él. El halo puede ser simple, es decir, formado Se ha creído notar por algunos una coinci- por un solo círculo, ó doble·, esto es, formado dencia entre un período decenal de la frecuen- por dos círculos. En ambos casos, la faja roja cia de las auroras polares y un período seme- se encuentra al interior y la violada al extejante de la frecuencia de las manchas del sol. rior, pálida y difusa. El semi-diámetro apaMas esta coincidencia dista mucho de ser per- rente del halo menor es de 23 grados; el del fecta, y deberian hacerse muchas observacio- halo mayor es de 46 grados (fig. 79). nes delicadas para poderlo admitir; tanto más, Los halos se forman por la descomposicion por no existir, sin duda, nin~na relacion de la luz~solar á través de pequeños prismas entre lo que se verifica en el sol y el fenóme- de hielo de que están formadas ciertas nubes. no puramente terrestre de la aurora polar.

Parhelios. círculos parhélicos, coronas. Arco iris.

El arco iris es un metéoro luminoso que aparece en las nubes opuestas al sol cuando se convierten en lluvia; está formado por siete arcos concéntricos que presentan sucesivamente los colores del. espectro solar. A veces se observa un arco iris solamente; pero generalmente aparecen dos, el uno interior, cuyos colores son vivos; el otro, exterior, más pálido y en el cual está invertido el órden de los

•

Se llaman parhelt'os ó falsos soles, las imágenes pálidas del sol que aparecen á los extremos del 'diámetro horizontal del halo menor, un poco al exterior (fig. 79). Los parhelios se explican suponiendo que los prismas de hielo que caen en el espacio en virtud de su peso, caen en mayor número en la posicion vertical, que presenta menos resistencia al aire, y, por consiguiente, los rayos eficaces son más abundantes en el plano ho-

883

DE LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

rizontal que p·asa por el centro del sol. De esto resulta mucho mayor brillo en los púntbs . en donde está cortado el halo por este plano· Taro bien se producen parh~lios en el halo exterior, pero estos son mucho menos intensos. El círculo parhélico ó círculo blanco, llamado así por no presentar color alguno, es un círculo horizontal A B que pasa por el centro del sol. Su falta de color indica que no es un fenómeno de refraccion, sino simplemente de

reflexion en las caras de los prismas de hielo. Se llaman coronas á unos círculos concéntricos al soló á la luna, que aparecen cuando ligeras nubes pa~an por delante de estos astros. Las coronas son tres ó cuatro, el rojo al exte- · rior y el violado al interior.-El diámetro aparente de la corona menor es de I á 4 grados. Están producidas estas coronas por los rayos que emergen, á cada incidencia interior, de las gotitas int~rpuestas entre el astro y el oj~ del observador.

•,: \,

\ \·

' •

•

CONCLUSION · I

fijamos bien la atencion en todo sonido,. entre los objetos terr~stres en vibracuanto hemos visto, observare- e.ion. A parte de estos cuerpos, las vibrado~~ ~ mos . que todos los fenómenos nes del éter pueden produc;ir, independie,nteobedecen primeramente á una mente de los efectos luminosos y caloríficos, ~ J multitud de causas muy confu- efectos químicos y efectos de fosforescencia y . ~ ~ sas, que han ido disminuyendo de fluorescencia; y cuando un rayo simple de progresivamente en número; los refrangibilidad especial, aislado por el prisma, hechos aislados y sin union apa- es capaz de producir al mismo tiempo varios rente, se han ido aproximando unos á otros de estos efectos 1 éstos serán producidos por poco á poco, generalizándose con ello las feo- las, mismas vibraciones; que es lo que constirias hasta ligarse mútuamente entre sí. Esto á tuye el principio de la identidad, cuya co_nfirdado 1ugar á clasificar los fenómeRos bajo macion hehios visto al tratar de la producci9n cuatro ó cinco ca.usas generales bien definidas, de los fenómenos de lnterferenda, de doble debido á sus múltiples efectqs, y de poder de- refraccion y de polarir_acion ~juntamente con terminar las leyes con relacion á las varias las radiadones caloríficas y químicas. circunstancias bajo las cuales estos efectos se La electricidad debe considerarse tambien manifiestan. como una manifestacion del éter contenido Entre estas causas generales, el calor y la en los cuerpos, condensado alrededor de sus lur_ son las que preferentemente se han estu- · moléculas, como ·10 atestiguan los fen6menos diado bajo el punto de vista de su naturaleza de la doble refraccion. La acumulacion ó la primera, habiéndose llegado á explicar los rarificacion de este éter en un cuerpo, le consfenómenos que producían, por medio de la tituye en un estado eléctrico en más ó en mehipótesis del éter, medio universal, cuya exis- nos, en. ·el cual tiende á desprenderse de su tencia en la inmensa parte del espacio suscep- exceso de éter ó á tomar el que le pace falta; tible de explorar con la vista y los instrumen- . de donde remitan los cambios de este flúido, tos de óptica perfeccionados, se impone. á que se manifiestan al exterior por los fenónuestro entendimiento; puesto que sin él no menos llamados eléctricos. La traslacion del nos' seria posible explicar la comunicaciones- flúido etére'o á través d-e un conductor delgado tablecida por la luz entre nuestro globo y los que una dos cuerpos electrizados, uno en más cuerpos celestes situados á distancias que no y otro en menos, constituye. una corriente puede abarcar nuestra imaginacion. Este éter, eléctrica. Observemos que, fuera de nuestras sensapuesto en vibracion por los cuerpos calientes ciones, los efectos de la electricidad y los del · y luminosos, sirve de intermediario entre las masas de materia- ponderable diseminadas por calórico -oscuro ó luminoso, son siempre atracel espacio, como lo hace el aire por medio del ciones ó repulsiones, ó _acciones inJeriores en I

) 11~~

¡n

;

CONCLUSION

las cuales intervienen las fuerr_as moleculares. Entre estas fuerzas distinguimos la afinidad química, que produce cambios de los átomos debidos á la excitacion de los movimientos "del éter: cambios que, á su vez, obran en el éter y engendran el calor y la electricidad. En estas reacciones los resultados se presentan siempre en condiciones de equivalencia, demostradas en la termodinámica y generalizadas por las leyes de 1a electrolisis, segun las cuales se ha definido el equivalente de electrlcidad, comparado con los equivalentes químicos de los elementos que separa la corriente. Estos cambios contínuos de los movimientos del éter y de la materia ponderable, han conducido á suponer que todo movimiento es el resultado de la transformacion de otro movimiento anterior á él y que es su causa inmediata. La palabra fuerr_a no es •más, pues, que la ex_presion de esta transformacion, puesto que el movimiento que nace está producido á expensas del que le precede, y del cual representa el equivalente mecánico, sin que podamos explicarnos como se verifica esta transformacion. Descartes lo explicaba todo por el movimiento y decía: «Dadme extension y movimiento y me encargo de hacer un mundo.» Pues bien, debido á esto, los físicos han supuesto despues, en la parte del universo que nos es fOnocida, la existencia de cierta cantidad de movimiento procedente de una primera impulsion cuyo orígen físico escapa á nuestro conocimiento, que no hace más que cambiar bajo varias influencias, y produce así todos los tenómenos que observamos en nuestro globo y en la inmensidad de los espacios c;elestes. Entre todas estas concepciones, surge una dificultad, insuperable hasta el dia, es decir, el concebir las acciones á distancia, particularmente los efectos de la atraccion, palabra que expresa solamente una tendencia á la aglomeracion, pareciendo inherente á la materia como la misma impermeabilidad, y que se ejerce tanto entre las moléculas de la más . insignificante partícula de materia, como entre las masas enormes y separadas por distancias inmensas que flotan en los espacios celestes. La causa de esta tendencia nos es completamente desconocida, por más que se suponga la causa principal en el éter, univer-

885

salmente esparcido; y, sin embargo, á la atraccion en sí, ó cuando menos como intermediaria, se acude para explicar todos los fenómenos, tanto los producidos por la gravitacion y la afinidad química, como los tan variados fenómenos debidos al calor, á la luz y á la electricidad. Hemos visto ya, en efecto, que estos últimos agentes no son más que causas secundarias que nacen á expensas de cierta cantidad de trabajo mecá'.nico molecular ó exterior. La causa primera de los fenómenos relativos á estos tres agentes es, pues, el trabajo mecánico que los engendra; puesto que, en último resultado, sólo encontramos la atraccion como orígen de los movimientos que se resuelven en el espado y en nuestro globo. Hé aquí como esta fuerza, persistente, puede servir para explicar- los fenómenos de la época actual y los relativos á la formacion del sistema sideral á que pertenecemos. Er una época tan remota que, comparativamente los siglos no son más que instantes imperceptibles, la parte del espacio accesible á nuestras investigaciones, estaba ocupado por materia diseminada, en un estado de division extraordinario. Esta materia c6smica, dotada de atraccion, se fué aglomerando poco á poco en masas separadas, más densas, desiguales, que constituían es-as nebulosas perceptibles con•el telescopio en los confines de nuestro universo. La condensacion, muy lenta al principio y con rapidez creciente después, iba acompañada de una produccion de calor y de luz, que tambien se aceleraba, pero con -una lentitud relativa tal, que hacen inapreciables los cambios á nuestra vista. Continuando el trabajo de atraccion, algunas de esas nebulosas se resolvieron en una infinidad de tocos brillantes; en otras se formó un centro principal de concentracion, y como este movimiento de concentracion no podía dirigirse en todas sus partes hácia un mismo punto, crnzáronse con ellos movi:mientos opuestos que convergían unos . con otros imprimiendo una rotacion á la masa, cuya velocidad aumentaba á causa de la disminucion de volúmen. Sin embargo, en esta masa arremolinada se formaron aquí y allá otros focos secundarios que giraban sobre sí mismos, arrastrados poi: la revolucion general. Disipándose · luego el calórico producido

•

886

...

FÍSICA INDUSTRIAL

por la concentracion, se fueron aislando estos I que, por otra parte, no es más que un efecto focos y su conjunto pasó á constituir un sis- aun confuso ciertamente, de la agitacion ·del tema semejante á nuestro sistema solar, en éter, agitacion que forma ' parte de este moviel cual los movimientos se hacen general- miento .,. .p rimordial de origen desconocido de mente en el mismo sentido, atestiguando as'í que . hemos hablado, que animan particular-' el común orígen de todos los cuerpos que le mente los átomos del éter. Desde luego, la componen. Las varias nebulosas, dt'fusas, re- materia ya no está dotada de atraccion y su solubles, espt'rales, de vart'os focos nos ofrecen tendencia á la aproximación la recibiría del así mundos en formacion, en varios estados exterior. de adelanto. · En cuanto á esta materia en sí, ¿se la debe Las estrellas constituyen masas incandes- considerar como formada de átomos tan vacentes analogas al sol, que retienen á su al- riados como los que se consideran en químirededor masas más pequeñas, en las cuales el ca? Muchos son los físicos, y particularmente mayor enfriamiento ha hecho perder la fa- Saigey, que suponen la-existencia de una sola cultad de emitir luz. En las masas compara- especie de átomos, el átomo de éter, conside- bles, los varios centros susceptibles de mo:- rando á los demás átomos co~o agregaciones verse en un mis_!Ilo sistema, producen el en ·cantidad variable y combinación distinta; fenómeno dé las estrellas múltiples, y en parde suerte que el límite de divi~ibilidad metafíticular de las estrellas dobles, cuyos compo- sica de la materia se limitaría al átomo de éter. nentes participan de los movimientos relatiEl descubrimiento del análisis espectral vos que evidencian su dependencia mútua. viene en apoyo, ciertame-nte, de esta hipóteEl sol forma la masa central del sistema á _sis. Primeramente se admitió que las susque pertenece nuestro globo. El calor que tancias formadas en el espado pór la concenirradia en. todos sentidos es el _resultado de la tracion de la materia cósmica, só1;1 las mismas acumulación del trabajo de la atraccion que que las que observamos en nuestro globo. ha servido para aglomerar la masa, y una Luego, dirigiendo el espectroscopo á las varias parte de este cafor, actualm·e nte recibido por regiones del espacio, se ha observado que las nuestro globo, se transforma en trabajo en él estrellas diseminadas en una misma region y produce los movimientos; es decir, todos presentan, en su mayoría el m1smo tipo, y se los fenómenos, comprendi•e ndo en ellos los mueven en el mismo sentido, lo cual d.emuesde los séres vivientes, que sin este calor no tra que estos astros tienen un origen común, podrían subsistir. que confirma 1a e~plicacion.de su formacion. Desde luego, deben consider-arse estos feAhora, ¿cómo se efectúa la agregacion de nómenos como consecuencias de una impul- los átomos de éter para constituir los varios. sión primitiva, cuyo origen inmediato es la átomos ponderables? ¿Cómo es posible que atraccion, acumulada, si así puede decirse, en la agitacion primordial del éter pueda impeel sol, que nos va transmitiendo poco á poco ler los cuerpos unos á otros en los espacios una débil parte de ella. celestes, como tambien en el interior de los En nuestro sistema planetario no seria po- cuerpos, dando lugar á la cohesion ó á la afisible que, se crease trabajo, y todos los movi- nidad? ¡Tantas son las cuestiones á las cuales mientos no serian. más que la conse~uencia la ciencia sólo ha contestado incierta é incomdel. traoajo de la atraccion arnmulada en el pletamente! De~de luego, la cuestion está sol desde una inmensidad ·de siglos. Nuestro planteada; ya sobre el particular se han dado sistema planetario, y en particular nuestro algunas soluciones,· bien que vagas, algun globo, se encuentran en un estado transitor,io tanto acertadas, lo cual hace esperar- que se que se nos presenta constante, á causa tan irá desvaneciendo el felo que cubre ·este gran sqlo de los cambios que en él se resuelven, problema y que en tiempo, quizás no muy , comparado con la duracion de nuestras obser- lejano, se podrán entrever con a!guna seguvaci.ones. ' ridad los principales rasgos de un sistema geAsí) puede concebir-se la formacion de nues- neral racional que abarque todo·s los fonómetro mundo solar partiendo ' de la atraccion, nos del universo.

•

ÍNDICE DEL TOMO SEGUNDO

LIBRO NOVENO.-APLICACION DEL CALÓRICO

Págs.

IU. Distribucion y pérdida de la electriciCAPÍTULO PRIMERO.-De la combustion .. II. Hogares ordinarios de rejilla . . III. Chimeneas.-Tiraje de las chimeneas. IV. Ventiladores. V. Caldeo y ventilacion de los establecimientos particulares y públicos.,Consideraciones generales. . .

VI.

180

V. VI. VII. VIII.

LIBRO DÉCIMO.-MAGNETlSMO IX. CAPÍTULO PRlMERo.-Propiedades de los ima- · nes .. 223 II. Magnetismo terre'stre.-Accion de la tierra sobre los imanes. 232 HI. Comparacion de las fuerzas magnéticas.-Leyes de las atracciones y re2 37 pulsiones magnéticas. . IV. Imantacion y fuerza de los imanes.Procedimientos de imantacion .. 2 45 V. Distribucion del magnetismo terrestre.-Precauciones que deben tomarse en los observatorios magnéticos. 259 LIBRO UNDÉCIMO.-ELECTRICIDAD ESTÁTICA CAPÍTULO PRIMERO.-Desarrollo de la electricidad pnr el frotamiento y teorías eléctricas. . . , II. Medidas de las fuerzas eléctricas.Leyes de Coulomb .

285 293

dad.-Distribucíon de la electricidad .. Consecuer{cia de las leyes de Coulomb.-Nocjones fundamentales sobre el potencial eléctrico .. 1 Influencia 6 induccio; electrostática .. Electróscopos y electrómetros.. • . Máquinas eléctricas. . Condensacion de la electricidad.Estudio experimental y teoria. . : Efectos de los condensadores.-Experimentos clásicos.

301

312 321 326 334 349 364

LIBRO DEqM'O-SEGUNDO.-ELECTRICIDAD DINÁMICA CAPÍTULO PR.IMERo.-Caudales de electricidad. -Pilas .. II. Conductibilidad eléctrica.-Leyes de Pouillet.-Fórmula de Ohm. III. Modilicacion de la pila de Volta.Pilas de corriente constante.. · IV. Efectos de las corrientes.-Electrolo• sis y galvanoplastia . V. Efectos de las corrientes.-Electrodinámica. VI. Efectos mecánicos de las corrientes. -Electro-magnetismo. VII. Efectos físicos de las . corrientes.Imantacion por las corrientes.Electro-imanes . .

378

395 406 ·4 2 5

457 464

47 2

888

ÍNDICE Págs .

VIII. IX.

X. XI. XII.

XIII. XIV. XV.

XVI. XVII.

Medida de la intensidad de las corrientes.-Galvanómetro y brújulas Efectos caloríficos, luminosos y mecánicos de las corrientes voltáicas. ' Termo-electricidad. Induccion electro-dinámica. A plicacion de la induccion voltáica. -Bobina de Ruhmkorff.. Aplicaciones del electro-magnetismo y de la induccion.-Máquina y motores electro-ip.agnéticos. . ., Alumbrado eléctrico .. Telegraüa eléctrica. Timbres 6 campanillas eléctricas.Indicadores automáticos.-Relojes eléctricos .. Telefonia, microfonia, fomografia, etc. Aplicaciones de la electricidad.Aparatos de calefaccion.

4 76

.. LIBRO DÉCIMO-TERCERO.-METEOROLOGIA Y CLIMATOLOGIA Págs.

487 501 509

514 557

679

722

739

756

✓

CAPÍTULO PRJMERO.-Climatologia. II. Fenómenos barométricos. III. Movimientos de la atmósfesa y del viento. . IV. Metéoros acuosos 6 hidrometeoros.Higrometría. . V. Metéoros eléctricos. - El trueno.Origen del trueno. . VI. Formacion de las tempestades.-Granizo. - Formacion y constitucion de las nubes tempestuosas. VIL De la electricidad atmosférica.-Auroras boreales 6 polares.-Aparatos y métodos de observacion. Conclusion.

76 1 789 795

8 13 83q

854

869 884

,,,.. ,,

\ .

l .Â· 1.

!. 1 1