Autores:
Jorge Yáñez GonzálezJefe del Departamento Didáctico del IES Alpujarra (Órgiva).
fyqenelsulayr@gmail.com
En primer lugar, se trata de demostrar la capacidad del Nitinol para recuperar una forma prediseñada por acción del calor. Para ello, se toma un hilo de Nitinol y se deforma con la mano a voluntad. A continuación, se toma un mechero, se enciende y se pasa por la superficie del hilo de Nitinol deformado. Se puede observar cómo rápidamente el hilo de Nitinol recupera la forma inicial con la que había sido diseñado (hilo recto). Como sustitución del mechero se puede emplear un secador de pelo o agua muy caliente (por encima de 80ºC). Si se desea, el hilo de Nitinol puede ser sustituido por un muelle del mismo material.
Para mostrar una de las aplicaciones más importantes del Nitinol, trabajamos con un arco de ortodoncia. Con ayuda de unos alicates, realizamos una pequeña deformación en el arco de ortodoncia. A continuación, lo introducimos en la boca (o simulamos la situación con agua caliente a unos 38–40ºC). Esperamos unos 15–20 segundos y lo extraemos. Podemos observar que el arco de ortodoncia ha recuperado su forma.
A continuación, pasamos a demostrar el efecto Joule de una corriente eléctrica. Para estudiarlo se toma un muelle de Nitinol y en cada uno de sus extremos se coloca un hilo conductor. Uno de los hilos se conecta a uno de los polos de la pila y el otro se deja libre. A continuación, se deforma el muelle lo máximo posible. Se cierra el circuito y se observa lo que ocurre. Por efecto del calor disipado por el efecto Joule, el muelle de Nitinol recuperará su forma inicial.
Por otro lado, en el efecto Joule se puede observar cómo a mayor intensidad de corriente, mayor es la cantidad de calor disipado en el conductor. En esta experiencia, el conductor será el muelle de Nitinol. La utilización de distintas pilas nos servirá para poner de manifiesto la relación entre la intensidad de corriente y el calor disipado. Cuanto mayor es la intensidad de corriente, mayor es el calor disipado y, por lo tanto, el muelle de Nitinol recupera su forma prediseñada mucho más rápidamente. Para mostrar esta dependencia, se repite el montaje realizado para observar el efecto Joule y se utilizan distintas pilas (1.5 V, 4.5 V y 9 V) cada vez. Se observa cómo el muelle de Nitinol recupera su forma lentamente bajo la acción de una pila de 1.5 V y lo hace muy rápidamente bajo la acción de una de 9 V.
¿Qué se pretende demostrar?
La ciencia ha desarrollado materiales inteligentes que son capaces de reaccionar frente a estímulos externos (temperatura, luz, campo magnético, campo eléctrico,…). El Nitinol es una aleación inteligente que es capaz de recuperar una forma previamente diseñada por efecto del calor aunque la aleación haya sido fuertemente deformada. Esta propiedad del Nitinol nos sirve para poder estudiar el efecto Joule.
Dirigido a:
Gran Público.
Secundaria.
Materiales necesarios:
Hilo de Nitinol.
Muelle de Nitinol.
Arco de ortodoncia de Nitinol.
Mechero.
Secador de pelo.
Pilas de 1.5 V, 4.5 V y 9 V.
Riesgos:
Los experimentos no tienen ninguna dificultad especial, la única precaución que se debe de tener es la de sujetar el hilo de Nitinol con unos alicate, ya que es una aleación conductora del calor y podemos quemarnos cuando trabajamos con él para que recupere su forma.
Enlaces:
Dirección de youtube con un vídeo realizado por el autor:
https://www.youtube.com/watch?v=HP8wxf1VWXQ&t=2s
Para saber más:
– KAUFFMAN, G.B. & MAYO, I. Chem. Educator (1997).
https://doi.org/10.1007/s00897970111a
– http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6863/06Sfl06de14.pdf