Una chispa eléctrica es una descarga eléctrica abrupta que se produce cuando un campo eléctrico suficientemente alto crea un canal ionizado y eléctricamente conductor a través de un medio normalmente aislante, a menudo aire u otros gases o mezclas de gases. Michael Faraday describió este fenómeno como "el hermoso destello de luz que acompaña a la descarga de electricidad común". [1]
La rápida transición de un estado no conductor a un estado conductor produce una breve emisión de luz y un chasquido agudo o un chasquido. Se crea una chispa cuando el campo eléctrico aplicado excede la resistencia a la ruptura dieléctrica del medio intermedio. Para el aire, la resistencia a la ruptura es de aproximadamente 30 kV/cm al nivel del mar. [2] Experimentalmente, esta cifra tiende a diferir dependiendo de la humedad, la presión atmosférica, la forma de los electrodos (aguja y plano de tierra, hemisférico, etc.) y el espacio correspondiente entre ellos e incluso el tipo de forma de onda, ya sea sinusoidal o coseno-rectangular. . En las etapas iniciales, los electrones libres en el espacio (procedentes de rayos cósmicos o radiación de fondo ) son acelerados por el campo eléctrico. Al chocar con las moléculas de aire, crean iones adicionales y electrones recién liberados que también se aceleran. En algún momento, la energía térmica proporcionará una fuente mucho mayor de iones. Los electrones e iones que aumentan exponencialmente hacen que las regiones del aire en el espacio se vuelvan eléctricamente conductoras en un proceso llamado ruptura dieléctrica . Una vez que se rompe la brecha, el flujo de corriente está limitado por la carga disponible (para una descarga electrostática ) o por la impedancia de la fuente de alimentación externa . Si la fuente de alimentación sigue suministrando corriente, la chispa evolucionará hasta convertirse en una descarga continua llamada arco eléctrico . Una chispa eléctrica también puede ocurrir dentro de líquidos o sólidos aislantes, pero con mecanismos de descomposición diferentes a los de las chispas en gases.
A veces, las chispas pueden ser peligrosas. Pueden provocar incendios y quemar la piel.
Los relámpagos son un ejemplo de chispa eléctrica en la naturaleza, mientras que las chispas eléctricas, grandes o pequeñas, ocurren en o cerca de muchos objetos hechos por el hombre, tanto por diseño como, a veces, por accidente.
En 1671, Leibniz descubrió que las chispas estaban asociadas con fenómenos eléctricos. [3] En 1708, Samuel Wall realizó experimentos con ámbar frotado con un paño para producir chispas. [4] En 1752, Thomas-François Dalibard , siguiendo un experimento propuesto por Benjamin Franklin , organizó que un dragón francés retirado llamado Coiffier en el pueblo de Marly recolectara rayos en una jarra de Leyden [5] demostrando así que los rayos y la electricidad son lo mismo. En el famoso experimento de la cometa , Franklin logró extraer chispas de una nube durante una tormenta.
Las chispas eléctricas se utilizan en las bujías de los motores de combustión interna de gasolina para encender mezclas de combustible y aire. [6] La descarga eléctrica en una bujía se produce entre un electrodo central aislado y un terminal puesto a tierra en la base de la bujía. El voltaje para la chispa lo proporciona una bobina de encendido o magneto que está conectada a la bujía con un cable aislado.
Los encendedores de llama utilizan chispas eléctricas para iniciar la combustión en algunos hornos y estufas de gas en lugar de una llama piloto . [7] El reencendido automático es una característica de seguridad que se utiliza en algunos encendedores de llama que detecta la conductividad eléctrica de la llama y utiliza esta información para determinar si la llama de un quemador está encendida. [8] Esta información se utiliza para evitar que un dispositivo de encendido produzca chispas después de que se enciende la llama o para reiniciar la llama si se apaga.
Un transmisor de vía de chispa utiliza una vía de chispa eléctrica para generar radiación electromagnética de radiofrecuencia que puede usarse como transmisores para comunicación inalámbrica . [9] Los transmisores de chispa se utilizaron ampliamente en las tres primeras décadas de la radio , entre 1887 y 1916. Posteriormente fueron reemplazados por sistemas de tubos de vacío y en 1940 ya no se utilizaban para las comunicaciones. El amplio uso de transmisores de chispas dio lugar al apodo de "chispas" para el oficial de radio de un barco.
Las chispas eléctricas se utilizan en diferentes tipos de trabajo con metales . El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) a veces se denomina mecanizado por chispa y utiliza una descarga de chispa para eliminar material de una pieza de trabajo. [10] El mecanizado por descarga eléctrica se utiliza para metales duros o difíciles de mecanizar con técnicas tradicionales.
La sinterización por plasma por chispa (SPS) es una técnica de sinterización que utiliza una corriente continua pulsada que pasa a través de un polvo conductor en una matriz de grafito . [11] SPS es más rápido que el prensado isostático en caliente convencional , donde el calor lo proporcionan elementos calefactores externos .
La luz producida por las chispas eléctricas se puede recolectar y utilizar para un tipo de espectroscopia llamada espectroscopia de emisión de chispas . [12]
Se puede utilizar un láser pulsado de alta energía para producir una chispa eléctrica. La espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) es un tipo de espectroscopia de emisión atómica que utiliza un láser de alta energía de pulso para excitar átomos en una muestra. A LIBS también se le ha llamado espectroscopia de chispa láser (LSS). [13]
También se pueden utilizar chispas eléctricas para crear iones para espectrometría de masas . [14] La descarga de chispas también se ha aplicado en la detección electroquímica mediante la modificación de la superficie in situ de electrodos de carbono serigrafiados (SPE) desechables con diversas fuentes de metal y carbono. [15] [16] [17] [18] [19]
Las chispas pueden ser peligrosas para personas, animales o incluso objetos inanimados. Las chispas eléctricas pueden encender materiales, líquidos, gases y vapores inflamables. Incluso las descargas estáticas inadvertidas, o las pequeñas chispas que se producen al encender luces u otros circuitos, pueden ser suficientes para encender vapores inflamables de fuentes como gasolina, acetona, propano o concentraciones de polvo en el aire, como las que se encuentran en los molinos harineros o más generalmente en fábricas que manipulan polvos. [20] [21]
Las chispas suelen indicar la presencia de un alto voltaje o "campo potencial". Cuanto mayor sea el voltaje; cuanto más lejos puede saltar una chispa a través de un espacio, y con suficiente energía suministrada puede provocar mayores descargas, como un resplandor o un arco . Cuando una persona está cargada con cargas estáticas de alto voltaje, o está en presencia de suministros eléctricos de alto voltaje, una chispa puede saltar entre un conductor y una persona que está lo suficientemente cerca, permitiendo la liberación de energías mucho más altas que Puede causar quemaduras graves, apagar el corazón y los órganos internos, o incluso convertirse en un arco eléctrico .
Las chispas de alto voltaje, incluso aquellas con baja energía, como las de una pistola paralizante , pueden sobrecargar las vías conductoras del sistema nervioso, provocando contracciones musculares involuntarias o interferir con funciones vitales del sistema nervioso, como el ritmo cardíaco. Cuando la energía es lo suficientemente baja, la mayor parte se puede usar simplemente calentando el aire, por lo que la chispa nunca se estabiliza completamente en un brillo o arco. Sin embargo, las chispas con muy baja energía todavía producen un "túnel de plasma" a través del aire, a través del cual puede pasar la electricidad. Este plasma se calienta a temperaturas a menudo superiores a las de la superficie del Sol y puede provocar pequeñas quemaduras localizadas. A menudo se utilizan líquidos, geles o ungüentos conductores al aplicar electrodos al cuerpo de una persona, evitando que se formen chispas en el punto de contacto y dañen la piel. De manera similar, las chispas pueden causar daños a los metales y otros conductores, erosionando o picando la superficie; un fenómeno que se explota en el grabado eléctrico . Las chispas también producen ozono que, en concentraciones suficientemente altas, puede causar molestias o dificultad respiratoria, picazón o daño a los tejidos, y puede ser perjudicial para otros materiales, como ciertos plásticos. [22] [23]
