Pila de limones que enciende un LED

Qué va a aprender

• Que dos metales distintos en un líquido ácido forman una pila: el zinc suelta electrones y el cobre los recoge.
• Que al conectar pilas en serie (+ con −) sus tensiones se suman: 4 × 0,9 V ≈ 3,6 V.
• Que un LED solo se enciende en un sentido y necesita una tensión mínima (≈ 1,8 V el rojo).
• Que tener tensión no basta: el limón da muy poca corriente, por eso la luz es débil.

Prepara antes

• Pela 4 trozos de cable de cobre de 6 cm y dobla cada uno en L dejando 1 cm para la pinza.
• Si usas monedas, déjalas 5 minutos en vinagre con sal, acláralas y sécalas: deben quedar color cobre brillante.
• Saca los limones de la nevera 1 hora antes: fríos dan menos corriente.
• Prueba el LED con una pila de 3 V (pata larga al +) para saber que funciona y cuál es la pata larga.
• Imprime la base A y prepara una habitación que se pueda oscurecer.

Materiales y herramientas

• Limones — 4 (+1 de repuesto)
  jugosos, de piel fina, a temperatura ambiente
• Tornillos o clavos galvanizados — 4 comprar
  zincados (gris plateado mate), de 4 × 40 mm a 5 × 50 mm
• Cable eléctrico de cobre — 4 trozos de 6 cm
  hilo rígido de 1,5–2,5 mm² pelado (sobrante de instalación)
• Cables con pinza de cocodrilo — 5 comprar
  de 30–50 cm, pinzas metálicas
• LED rojo de 5 mm — 1 (+1 de repuesto) comprar
  rojo difuso o de alto brillo, tensión umbral ≈ 1,8 V
• Cartón corrugado — 1 trozo de 10 × 30 cm
  base de montaje para que los limones no rueden
• Plastilina — 4 pegotes del tamaño de una avellana
  para que los limones tumbados no rueden sobre la base
• Vinagre y sal — 1 vaso con 100 ml de vinagre y 1 cucharadita de sal
  para limpiar las monedas o el cobre oxidado
• Polímetro (tester) — 1 (opcional pero muy recomendable)
  escala de 20 V en continua y 2 mA o 20 mA

Herramientas

• Cuchillo de punta — hacer un corte de 1 cm si usas monedas adulto
• Pelacables o tijeras — pelar el cable de cobre adulto
• Alicates — doblar el cobre en forma de L y cortar a 6 cm
• Rotulador — marcar + y − en cada limón

Piezas y plantillas

• A · Base de montaje ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• B · Electrodo de cobre ×4 — cable de cobre rígido 1,5–2,5 mm² pelado
• C · Electrodo de zinc ×4 — tornillo o clavo galvanizado 4–5 mm

Paso a paso

1. Ablanda los limones

   Apoya cada limón en la mesa y hazlo rodar 10 veces apretando con la palma, sin romper la piel. Así se rompen las celdillas de dentro y el jugo queda suelto alrededor de los electrodos.

   Comprueba: El limón se nota blando al apretarlo.

2. Coloca los limones en la base

   Pon cada limón en su círculo de la base A, tumbado y con un pegote de plastilina debajo para que no ruede. Deja unos 10 mm de separación entre limones.

3. Clava el cobre

   En cada limón, clava un electrodo de cobre B de 3 a 4 cm de profundidad en el lado marcado «Cu +». Deja fuera la parte doblada en L. Si usas moneda, pide a un adulto que haga antes un corte de 1 cm con el cuchillo; después tú metes la moneda hasta la mitad.

   Truco: Marca con rotulador un «+» en la piel junto al cobre.

4. Clava el zinc

   En el lado marcado «Zn −», a 2–3 cm del cobre, clava un tornillo galvanizado C unos 2–3 cm. Los dos metales no deben tocarse ni por dentro ni por fuera del limón.

   Comprueba: Entre el cobre y el zinc hay al menos 2 cm de piel.

5. Mide un limón

   Si tienes polímetro, ponlo en 20 V de continua. Punta roja al cobre y negra al zinc de un limón. Debe marcar entre 0,85 y 1,0 V. Repite con los cuatro y anota cada valor.

   Comprueba: Si un limón da menos de 0,7 V, cambia ese tornillo o acerca más los electrodos.

6. Une los limones en serie

   Con una pinza de cocodrilo, une el zinc del limón 1 con el cobre del limón 2. Luego el zinc del 2 con el cobre del 3, y el zinc del 3 con el cobre del 4. Usa 3 cables y no cierres el círculo.

   Comprueba: Quedan libres solo el cobre del limón 1 (+) y el zinc del limón 4 (−). Con el polímetro entre ellos: 3,4–4,0 V.

7. Prepara el LED

   Engancha un cable de cocodrilo a la pata larga del LED y otro a la pata corta, procurando que las dos pinzas no se toquen entre sí. Abre un poco las patas del LED para separarlas.

8. Conecta el LED

   Une el cable de la pata larga del LED al cobre libre del limón 1 y el de la pata corta al zinc libre del limón 4. Apaga la luz de la habitación y espera 30 segundos a que tus ojos se acostumbren.

   Comprueba: El LED brilla con un rojo tenue, visible a oscuras.

9. Si no se enciende

   Primero da la vuelta al LED (intercambia sus dos cables). Si sigue apagado, revisa con el polímetro que la cadena da más de 3 V y que cada pinza muerde metal, no piel ni jugo seco.

10. Recoge sin riesgos adulto

    Desconecta los cables, saca los electrodos y lávalos con agua. Tira los limones a la basura orgánica: el zinc se ha disuelto un poco en el jugo y ya no se deben comer.

¿Funciona? La prueba

Con la cadena de 4 limones conectada al LED rojo, a oscuras. Si tienes polímetro: mide la tensión de cada limón, de la cadena sin LED y con el LED conectado, y la corriente en la escala de 2 mA (pinzas del polímetro en serie con el LED).

Qué debe pasar: Cada limón: 0,85–1,0 V. Cadena de 4 sin LED: 3,4–4,0 V. Con el LED conectado la tensión cae a ≈ 1,8–2 V y circulan unos 0,1–0,5 mA (menos que en cortocircuito, porque el LED se queda casi 2 V): el LED rojo brilla tenuemente, visible en la oscuridad. Con 3 limones a veces aún brilla; con 1 limón, nunca.

Si algo falla

• El LED no se enciende nada — LED al revés, cadena mal conectada o LED verde/azul/blanco. Solución: Da la vuelta al LED. Comprueba que cada cable va de Zn a Cu del siguiente. Usa un LED rojo.
• Cada limón da 0,3–0,5 V — El tornillo no es de zinc (inoxidable o hierro) o la moneda está oxidada. Solución: Usa tornillos galvanizados gris mate y cobre pelado brillante o monedas limpias con vinagre y sal.
• La cadena da 0 V o menos de lo esperado — Un limón conectado al revés (Cu con Cu) o un cable que no hace contacto. Solución: Mide limón a limón con el polímetro y sigue el orden Cu+ → Zn− en cada uno.
• La tensión es buena pero el LED apenas se ve — Los limones dan muy poca corriente. Solución: Hazlo a oscuras total, clava los electrodos más hondo, acércalos a 2 cm o añade un quinto limón. También ayuda poner dos cadenas iguales en paralelo.
• Funcionaba y se va apagando — El zinc se cubre de burbujas de hidrógeno (polarización) y el jugo cerca de los electrodos se agota. Solución: Saca y vuelve a clavar los electrodos en un sitio nuevo del limón, o espera 5 minutos.
• Las pinzas se tocan — Cortocircuito entre patas del LED o entre electrodos. Solución: Separa las patas del LED y coloca las pinzas en sentidos opuestos.

Seguridad

• No comas los limones ni el jugo después del experimento: contienen zinc disuelto.
• Los tornillos y el cobre pelado pinchan: clávalos con la palma protegida con un trapo.
• El cuchillo para el corte de las monedas lo usa un adulto.
• El jugo de limón escuece en heridas y ojos: lávate las manos al terminar y no te frotes los ojos.
• Este experimento es seguro porque la corriente es diminuta; nunca experimentes con los enchufes de casa.

La ciencia detrás

Para los niños

Dentro del limón pasa algo invisible: el tornillo de zinc va soltando unas partículas diminutas llamadas electrones, que quieren irse al cobre. No pueden atravesar el limón, así que hacen el camino largo: por el cable. ¡Esa carrera de electrones por el cable es la electricidad! Un limón empuja poquito, así que ponemos cuatro en fila, uno detrás de otro, para que sus empujones se sumen, como cuatro amigos empujando un coche. Aun así es una luz pequeñita: por eso hay que mirarla a oscuras.

Para el adulto

Cada limón es una pila galvánica: el zinc (ánodo, polo −) se oxida, Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻, y los electrones circulan por el circuito externo hasta el cobre (cátodo, polo +), donde reducen los iones H⁺ del ácido cítrico: 2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂ (las burbujitas del diagrama). El cobre no se consume: es solo una superficie donde ocurre la reducción. La fuerza electromotriz teórica del par Zn/H⁺ en estas condiciones es ≈ 0,9–1,0 V. Pero la resistencia interna de cada limón es alta (≈ 1–5 kΩ) porque el electrolito es poco conductor y la superficie de los electrodos es pequeña, así que la corriente de cortocircuito es de solo 0,2–1 mA. En serie, las tensiones se suman (4 × 0,95 ≈ 3,8 V) pero también las resistencias internas. Un LED rojo necesita ≈ 1,7–1,8 V para empezar a conducir y a 0,5 mA da ya una luz visible en la oscuridad; un LED verde o azul necesita 2,2–3,2 V y mucha más corriente para verse. Aumentar la superficie de los electrodos (clavarlos más) y acortar la distancia entre ellos reduce la resistencia interna y aumenta la corriente. La energía no viene del limón como alimento sino de la oxidación del zinc: el ácido solo sirve de electrolito.

• electrodo: el metal que se mete en el líquido de una pila (aquí, cobre y zinc).
• electrolito: líquido que deja pasar cargas eléctricas: el jugo de limón.
• voltio (V): unidad que mide cuánto «empuja» una pila a la electricidad.
• en serie: conectar pilas una detrás de otra (+ con −) para sumar sus voltios.
• polaridad: qué lado es + y cuál es −; un LED solo funciona en un sentido.

Por edades

• 5–7 años: El adulto clava los electrodos y conecta los cables. El niño ablanda los limones, comprueba con el dedo que zinc y cobre no se tocan y mira el LED a oscuras. Céntrate en «cuatro limones empujan juntos».
• 8–10 años: Hacen todo el montaje siguiendo la base A y miden con el polímetro limón a limón. Que descubran solos qué pasa si invierten un limón.
• 11–12 años: Que midan tensión y corriente, calculen la resistencia interna de un limón (r = V en vacío / I de cortocircuito) y dibujen el esquema con el símbolo de pila para cada limón.

En grupo o en clase

Equipos de 4, cada niño prepara un limón y luego el equipo los une (≈ 1,5 € por equipo en limones, tornillos y LED; 5 cables de cocodrilo por equipo). Antes de la sesión: pelar y cortar el cobre, comprar tornillos galvanizados y probar los LEDs. Sesión de 50 min: 10 min de explicación, 20 min de montaje y medida, 10 min con la luz apagada para ver los LEDs, 10 min para unir las cadenas de toda la clase en una sola gran batería y ver si enciende más LEDs. Un polímetro para cada 2 equipos.

Retos

• Enciende una calculadora de pilas LR44 (1,5 V) con 2 limones en serie.
• Consigue el máximo voltaje posible con una sola fruta partida en trozos separados.
• Diseña una batería con 4 vasos de vinagre con sal en lugar de limones y compara.
• Haz que el LED se vea con la luz de la habitación encendida (pista: más limones en serie y en paralelo).

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