Una batería terrestre es un par de electrodos hechos de dos metales diferentes, como el hierro y el cobre , que se entierran en el suelo o se sumergen en el mar . Las baterías terrestres actúan como baterías activadas por agua . Si las placas están lo suficientemente separadas, pueden aprovechar las corrientes telúricas . [ cita requerida ] Las baterías terrestres a veces se denominan fuentes de energía telúrica y generadores telúricos.
Uno de los primeros ejemplos de una batería terrestre fue construida por Alexander Bain en 1841 con el fin de impulsar un motor primario —un dispositivo que transforma el flujo o los cambios de presión de un fluido en energía mecánica— . [1] [2] Bain enterró placas de zinc y cobre en el suelo a aproximadamente un metro de distancia y utilizó el voltaje resultante, de aproximadamente un voltio, para operar un reloj. Carl Friedrich Gauss , que había investigado el campo magnético de la Tierra , y Carl August von Steinheil , que construyó uno de los primeros relojes eléctricos y desarrolló la idea de un " retorno a la Tierra " (o "retorno terrestre"), habían investigado previamente tales dispositivos.
Daniel Drawbaugh recibió la patente estadounidense 211.322 por una batería de tierra para relojes eléctricos (con varias mejoras en el arte de las baterías de tierra). Otra patente temprana fue obtenida por Emil Jahr, patente estadounidense 690.151, Método de utilización de corrientes eléctricas de tierra ). En 1875, James C. Bryan recibió la patente estadounidense 160.152 por su Batería de Tierra . En 1885, George Dieckmann, recibió la patente estadounidense 329.724 por su Batería de Tierra Eléctrica . En 1898, Nathan Stubblefield [3] recibió la patente estadounidense 600.457 por su batería de bobina electrolítica, que era una combinación de una batería de tierra y un solenoide. (Para obtener más información, consulte las patentes estadounidenses 155209 , 182802 , 495582 , 728381 , 3278335 , 3288648 , 4153757 y 4457988 ). La batería terrestre, en general, generaba energía para las primeras transmisiones telegráficas y formaba parte de un circuito sintonizado que amplificaba el voltaje de señalización a largas distancias.
Las baterías terrestres más simples consisten en placas conductoras de diferentes metales de la serie electropotencial , enterradas en el suelo para que el suelo actúe como electrolito en una celda voltaica . Como tal, el dispositivo actúa como una celda primaria . Cuando funcionaban solo como dispositivos electrolíticos, los dispositivos no eran continuamente confiables, debido a las condiciones de sequía. Estos dispositivos fueron utilizados por los primeros experimentadores como fuentes de energía para la telegrafía . Sin embargo, en el proceso de instalación de cables telegráficos largos, los ingenieros descubrieron que existían diferencias de potencial eléctrico entre la mayoría de los pares de estaciones telegráficas, resultantes de corrientes eléctricas naturales (llamadas corrientes telúricas [4] ) que fluían a través del suelo. Algunos de los primeros experimentadores reconocieron que estas corrientes eran, de hecho, parcialmente responsables de extender las altas salidas y las largas vidas útiles de las baterías terrestres. Más tarde, los experimentadores utilizarían estas corrientes solo y, en estos sistemas, las placas se polarizaron .
Se sabía desde hacía tiempo que las corrientes eléctricas continuas fluían a través de las partes sólidas y líquidas de la Tierra, [5] y la recolección de corriente de un medio eléctricamente conductor en ausencia de cambios electroquímicos (y en ausencia de una unión termoeléctrica) fue establecida por Lord Kelvin. [6] [7] La "batería marina" de Lord Kelvin no era una batería química. [7] Lord Kelvin observó que variables como la colocación de los electrodos en el campo magnético y la dirección del flujo del medio afectaban la salida de corriente de su dispositivo. Tales variables no afectan el funcionamiento de la batería. Cuando las placas de metal se sumergen en un medio líquido, se puede obtener y generar energía, [8] incluyendo (pero no limitado a) métodos conocidos a través de generadores magnetohidrodinámicos . En los diversos experimentos de Lord Kelvin, las placas de metal estaban simétricamente perpendiculares a la dirección del flujo del medio y se colocaron cuidadosamente con respecto a un campo magnético, que desviaba diferencialmente los electrones de la corriente que fluía. Sin embargo, los electrodos pueden estar orientados asimétricamente con respecto a la fuente de energía.
Para obtener la electricidad natural, los experimentadores clavaban dos placas de metal en el suelo a cierta distancia una de otra en la dirección de un meridiano magnético o meridiano astronómico . Las corrientes más fuertes fluyen de sur a norte. Este fenómeno posee una considerable uniformidad de intensidad de corriente y voltaje. A medida que las corrientes de la Tierra fluyen de sur a norte, se colocan electrodos, comenzando en el sur y terminando en el norte, para aumentar el voltaje a una distancia lo más grande posible. [9] En muchas de las primeras implementaciones, el costo era prohibitivo debido a una dependencia excesiva de un espaciamiento extremo entre los electrodos.
Se ha descubierto que todos los metales comunes se comportan de manera relativamente similar. Los dos electrodos espaciados, que tienen una carga en un circuito externo conectado entre ellos, están dispuestos en un medio eléctrico y se imparte energía al medio de tal manera que se excitan los " electrones libres " en el medio. Los electrones libres fluyen entonces hacia un electrodo en mayor grado que hacia el otro electrodo, lo que hace que fluya corriente eléctrica en el circuito externo a través de la carga. La corriente fluye desde la placa cuya posición en la serie electropotencial está cerca del extremo negativo (como el paladio ). La corriente producida es más alta cuando los dos metales están más separados entre sí en la serie electropotencial y cuando el material más cercano al extremo positivo está hacia el norte, mientras que el del extremo negativo está hacia el sur. Las placas, una de cobre y otra de hierro o carbono, están conectadas por encima del suelo por medio de un cable con la menor resistencia posible. En tal disposición, los electrodos no se corroen químicamente de manera apreciable, incluso cuando están en tierra saturada de agua y están conectados entre sí por un cable durante mucho tiempo. [ cita requerida ]
Se ha descubierto que para aumentar la corriente, resulta más ventajoso introducir el electrodo electropositivo del norte más profundamente en el medio que el electrodo del sur. Las mayores corrientes y voltajes se obtuvieron cuando la diferencia de profundidad era tal que una línea que unía los dos electrodos estaba en la dirección de la inclinación magnética . Cuando se combinaron los métodos anteriores, la corriente se aprovechó y se utilizó de cualquier manera conocida. [ cita requerida ]
En algunos casos, se enterraban bajo tierra un par de placas con diferentes propiedades eléctricas y con revestimientos protectores adecuados. Un revestimiento protector o de otro tipo cubría cada placa entera. Una placa de cobre podía recubrirse con coque en polvo , un material carbonoso procesado . A una placa de zinc, se le podía aplicar una capa de fieltro . Para utilizar la electricidad natural, las baterías de tierra alimentaban electroimanes, la carga, que formaban parte de un mecanismo motor. [ cita requerida ]