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PRÓLOGO
El presente documento constituye la continuación al trabajo realizado en los espacios del Mu-
seo de Ciencia y Tecnología, por parte de jóvenes estudiantes de la facultad de Ciencias de la
Universidad de Los Andes alojado en los proyectos propuestos por el departamento de Física pa-
ra el cumplimiento del servicio comunitario.
Está comprendido por información referente al ensamble y funcionamiento de cada uno de los
experimentos desarrollados que ilustran algunos principios del electromagnetismo, área funda-
mental de la física, cuya comprensión se hace cada vez más relevante debido al actual desarrollo
tecnológico.
INTRODUCCIÓN
El electromagnetismo es la rama de la física que estudia los
campos eléctricos y magnéticos, además de su interacción con
la materia. Fenómenos tan comunes como los relámpagos, los
imanes, la estática son estudiados por esta rama. Incluso la luz,
que es una onda electromagnética, tiene propiedades que sin el
electromagnetismo no serian conocidas.
El entendimiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos
ha llevado a la invención de toda clase de artefactos tan coti-
dianos hoy en día que nadie se imagina una vida sin ellos; des-
de las bujías de los carros hasta los teléfonos celulares.
Fenómenos como la electrostática, la inducción eléctrica y
la interacción entre imanes serán mostrados de una manera sen-
cilla y didáctica a través de los siguientes experimentos.
¿Sabías que…
… la corriente eléctrica
es un flujo de electro-
nes?
Benjamin Franklin
fue uno de los prime-
ros en proponer que
una corriente eléctrica
se asemeja al movi-
miento de un fluido.
Esto no está muy aleja-
do de la realidad ya
que una corriente eléc-
trica no es más que el
movimiento de los
electrones a través de
un conductor. La canti-
dad de corriente de-
pende de las dimensio-
nes del conductor de la
misma manera que un
caudal de agua depen-
de de las dimensiones
del tubo por el que
fluye.
SISTEMA DE PÉNDULOS.
Descripción: consiste en 15 péndulos con distinta longitud en sus cuerdas
para oscilar de manera no acoplada, generando un conjunto de efectos
ópticos que hacen ver varias ondas de distintas formas a medida que pasa
el tiempo.
Objetivo:
Mostrar las distintas figuras que se forman por el desfasaje del
movimiento de los péndulos.
¿Qué necesitamos? (Ver Apéndice I)
15 esferas macizas de madera de 10cm de diámetro, con un
orificio que las atraviese diametralmente de 1mm de diámetro,
mostradas en la figura 2.
50 metros de nylon transparente de 0,2mm de diámetro.
Una tabla de madera con dimensiones de 400cm x 7,5cm x
7,5cm.
4 tablas de madera con dimensiones de 176,5cm x 7,5cm x
3,25cm cortadas tal como se muestra en la figura 3.
Una tabla de madera con dimensiones de 385cm x 15cm x
2cm.
¿Sabías que…
… la atracción o repul-
sión entre dos imanes
depende de la manera
en que se encaren?
Cuando se enfrenta
el polo norte de un
imán con el polo norte
de otro se genera una
fuerza de repulsión. Si
se enfrentan polos dis-
tintos se genera una
fuerza de atracción.
Esto es una propiedad
de las fuerzas magnéti-
cas.
Nota: La separación entre los extremos de la cuerda de un mismo péndu-
lo es de 20cm (ver figura 1). La separación entre el extremo de la cuerda de
un péndulo y el extremo más cercano de la cuerda del siguiente péndulo es
de 5cm. La separación entre las tablas verticales y el extremo de cuerda más
cercano es de 5cm. Las longitudes de los péndulos son tales que el primero
realiza una oscilación en aproximadamente 2 segundos, además de que la
fluidez de cambio de fase es de 20 oscilaciones, es decir, que mientras el
primer péndulo realiza 20 oscilaciones en 40 segundos, el segundo hace en
ese mismo tiempo 21 oscilaciones. Las longitudes respectivas son entonces
las siguientes:
1ero: 1.0000m
2ndo: 0.9070m
3ero: 0.8264m
4rto: 0.7561m
5nto: 0.6944m
6xto: 0.6399m
7imo: 0.5917m
8avo: 0.5487m
9eno: 0.5102m
10imo: 0.4756m
11ero: 0.4444m
12ndo: 0.4162m
13ero: 0.3906m
14rto: 0.3673m
15nto: 0.3460m
Figura 1. Sistema de Péndulos.
¿Sabías que…
… sabías que a través
de la fricción se pue-
den separar cargas
eléctricas?
Cuando dos mate-
riales distintos se fro-
tan lo suficiente, pue-
den intercambiar car-
gas eléctricas de signo
contrario.
Figura 2. Esferas de madera.
Figura 3. Vista lateral del sistema de péndulos.
¿Qué sucederá?
Al hacer oscilar los péndulos con ayuda de la tabla, desplazándolos un
mismo ángulo con respecto a su punto de equilibrio, y al mismo tiempo, co-
menzaran a formar patrones ondulatorios producto del desfasaje del movi-
miento de los péndulos. Este desfasaje es ocasionado por la diferencia de
longitud de los mismos.
¿Sabías que…
… la unidad de tensión
eléctrica se llama
“voltio” en honor al
científico italiano Ales-
sandro Volta?
Él desarrolló la pri-
mera fuente electro-
química de potencia
eléctrica, conocida hoy
en día como batería.
TUBO DE INDUCCIÓN.
Descripción: trata de un tubo de PVC envuelto por una serie bobinas hecha
de alambre de cobre esmaltado. Cada bobina va conectada a un led (o diodo
luminoso), el cual se encenderá si se acerca un imán a la bobina con una ve-
locidad adecuada.
Objetivo:
Comprobar que el cambio del flujo del campo magnético a través de una
espira crea una corriente eléctrica.
¿Qué necesitamos? (Ver Apéndice II)
Un tubo PVC de 60cm de largo y 15cm de diámetro.
Bases de madera que sean circulares en la cara interna para
ajustar el tubo (dicho círculo del mismo radio del tubo); de
2,5cm de alto en la parte más angosta y 7,5cm de alto en los ex-
tremos. De 15cm de ancho (ver figura 5) y 2cm de profundidad
(ver figura 4).
5 pedazos de alambres de cobre esmaltado, cada uno de 240m de
longitud (para hacer así las bobinas de poco más de 500 vueltas).
10 leds.
Thinner, tijeras, pinzas, estaño, cautín y un azulejo de cerámica
de 20cmx20cm.
¿Cómo lo armamos?
Una vez realizadas las cinco bobinas equidistantes en el tubo, se crea un
contacto con estaño en cada extremo de las bobinas. A estos contactos de
estaño serán soldados los terminales de un sistema antiparalelo de LED. Di-
cho sistema esformado al soldar el extremo corto de un LED con el largo
del otro.
¿Sabías que…
… el galvanómetro,
aparato utilizado para
medir corrientes eléc-
tricas, es llamado así
en honor al científico
italiano Luigi Galvani?
Fue el primero en
experimentar con co-
rrientes eléctricas a
través de tejidos mus-
culares. Hizo pasar co-
rrientes a través de los
músculos de una rana
disecada para observar
que se contraían.
Llamó a este fenómeno
como “electricidad ani-
mal” y la identificó co-
mo la causante del mo-
vimiento de los múscu-
los.
Figura 4. Vista frontal del tubo de inducción.
Figura 5. Vista lateral del tubo de inducción.
Figura 6. Vista lateral y superior de la banda de soporte para los LEDs.
¿Qué sucederá?
Al introducir rápidamente el imán de neodimio al tubo, se genera un
cambio en el flujo de campo magnético a través del tubo induciendo, por el
principio de Faraday, una corriente eléctrica en el alambre que encenderá
los LED.
¿Sabías que…
… los cargadores eléc-
tricos son en realidad
transformadores eléc-
tricos?
La electricidad co-
mercial que proveen
los enchufes caseros
disponen de 110V, pe-
ro para cargar adecua-
damente la batería de
un celular se necesita
un voltaje mucho me-
nor y usar una tensión
tan alta podrá averiar
el aparato. Todos los
aparatos eléctricos que
necesitan cargar su
batería poseen un
transformador.
LEVITRÓN.
Descripción: consiste en un imán grande y fijo en una base de madera. Enci-
ma de la base se coloca una lámina de acrílico sobre la cual se hace girar un
trompo o peonza hecho de imanes más pequeños. El giro le dará estabilidad
al trompo y al graduar la altura del acrílico se conseguirá un punto en el cual
la repulsión magnética y el peso se equilibran, haciéndolo levitar en el aire.
Objetivo:
Demostrar que el campo magnético está asociado a una fuerza magnética
que puede ser de repulsión o atracción y que el momento angular es
responsable de la estabilidad en un objeto que rota.
¿Qué necesitamos? (Ver Apéndice III)
2 triángulos equiláteros de madera (no MDF) con lados de
26,5cm de largo.
Un triángulo equilátero de acrílico con lados de 26,5cm de largo.
2 imanes de neodimio en forma de aro de 19mm x 10mm x
7mm.
Un imán de ferrita en forma de aro de 140mm x 60mm x 20mm
(figura 9).
3 varillas, tuercas y arandelas de tipo (M10) para la base.
Una peonza hecha de madera pequeña, con dimensiones de
40mm de largo y su diámetro en la parte más ancha de 10mm.
Su anchura se debe modificar con la altura de tal manera que
pueda ser ajustado dentro de los imanes de neodimio como se
muestra en la figura 10.
Nota: las dimensiones de los imanes corresponden a los diámetros externos,
internos y a la altura de los aros, respectivamente en ese orden, como se
muestra en las figuras 9 y 10.
Figura 7. Vista superior de la disposición del imán primario sobre el primer
triángulo de madera.
¿Sabías que…
… los cables no pueden
estar hechos de plásti-
co?
Los cables están
diseñados para permi-
tir el flujo de electro-
nes a través de ellos y
sólo ciertos materiales
son capaces de facilitar
dicho movimiento. Los
metales como el cobre,
el hierro o el aluminio
son buenos conducto-
res, mientras que los
plásticos, la goma o el
caucho son malos con-
ductores. Los metales
son buenos conducto-
res ya que se caracteri-
zan por poseer electro-
nes libres, es decir, que
no están fuertemente
sujetos a los átomos
del material. Cuando
se aplica una leve fuer-
za eléctrica, los elec-
trones son liberados de
sus átomos y contribu-
yen a la corriente.
Figura 8. Vista superior de la disposición del segundo triángulo de madera
sobre el imán primario.
Figura 9. Dimensiones del imán primario.
Figura 10. Disposición del imán secundario en la peonza.
¿Qué sucederá?
Una vez que la peonza este rotando y se descienda la base de acrílico
hasta cierta altura, la peonza levitara por acción repulsiva de ambos imanes,
esta fuerza es igual al peso de la peonza. La rotación de la misma hace que
la levitación sea lo suficientemente estable como para que el fenómeno sea
perceptible. Esta estabilidad se debe a la conservación de la cantidad de mo-
vimiento angular.
¿Sabías que…
… los rayos tienden a
impactar en objetos
conductores puntiagu-
dos?
Esto se debe a que
la densidad de carga
eléctrica en un objeto
aumenta cuando el
área disminuye. Cuan-
do las nubes se cargan
por fricción, atraen las
cargas opuestas del
objeto y si este es pun-
tiagudo se estaría acu-
mulando, en compara-
ción a un objeto no
puntiagudo, la misma
cantidad de carga pero
en un espacio más pe-
queño, aumentando la
fuerza de atracción
hasta que ocurre el
rayo.
RIEL DE LORENTZ.
Descripción: consiste en un par de rieles hechos de tubos de cobre y una di-
ferencia de potencial eléctrico que debe existir entre ellos mediante alguna
fuente de poder. Bajo los rieles se colocan una serie de imanes en barra ge-
nerando así un campo magnético uniforme entre los rieles que apunta hacia
arriba. Si se coloca una esfera metálica conductora de electricidad entre los
rieles, se genera una corriente y la esfera rodará por los rieles por acción de
la fuerza magnética de los imanes.
Objetivo:
Comprobar que una corriente eléctrica sufre una fuerza perpendicular a
su dirección, cuando se encuentra inmersa en un campo magnético.
¿Qué necesitamos? (Ver Apéndice IV)
Una esfera maciza de acero de 2,5cm de radio.
Una tabla de madera con dimensiones de 40cm x 40cm x 5cm.
4 imanes de ferrita de 25cm x 5cm x 1cm con polarización verti-
cal, es decir, si la parte más larga esta paralela al suelo entonces
la mitad de arriba que son los 0,5cm superiores corresponden a
un polo mientras que los 0,5cm inferiores corresponden al otro
polo (por ejemplo los 0,5cm superiores son para el polo norte y
los inferiores corresponden al polo sur de cada imán).
2,10m de tubo de cobre de 1,3cm de diámetro.
4 diodos semiconductores.
Enchufe.
Resistencia variable de hasta 10kΩ.
¿Cómo lo armamos?
Una vez realizado el circuito eléctrico del esquema 1, se disponen las
barras de imán sobre la pieza de madera, de manera que formen un cuadra-
do. Sobre esta se colocan dos tubos de cobre doblados de manera tal que
uno coincida con el perímetro externo del cuadrado formado por los imanes
y el otro con el perímetro interno. Haciendo un par de agujeros en la pieza
de madera se introducen los terminales A y B del circuito mostrados en el
esquema y se conectan al riel formado por los tubos de cobre. Un terminal
para cada tubo. Finalmente se coloca sobre éste riel la esfera metálica.
¿Sabías que…
… el cobre es el mate-
rial más utilizado para
crear conductores eléc-
tricos?
En comparación a
otros metales, el cobre
posee más electrones
libres, permitiendo así
un mayor flujo de los
mismos.
Figura 11. Vista superior del Riel de Lorentz.
Figura 12. Vista lateral del Riel de Lorentz.
¿Sabías que…
… toda la teoría del
electromagnetismo fue
resumida en cuatro
ecuaciones?
Estas ecuaciones
fueron deducidas por
James Clerk Maxwell.
Las ecuaciones expli-
can desde la fuerza de
atracción entre los
imanes hasta el funcio-
namiento de los moto-
res eléctricos.
Figura 13. Circuito eléctrico para el montaje del Riel de Lorentz. La terminal
A se conecta al riel externo y la B al interno. Se genera la corriente al colocar
la esfera.
¿Qué sucederá?
Al conectar el circuito eléctrico a la red eléctrica domestica, se hará circular
corriente por los tubos de cobre, y a través de la esfera. Cuando una carga
eléctrica se mueve en un campo magnético, sufre una fuerza en dirección
perpendicular a la dirección en la que se mueve la carga. La corriente que pasa
por la esfera se encuentra en un campo magnético producido por los imanes,
por lo que experimenta un movimiento sobre los rieles.
¿Sabías que…
… la fuerza eléctrica es
más intensa que la gra-
vitacional?
La relación que exis-
te de la carga eléctrica
entre la masa de una
misma partícula atómi-
ca (electrones y proto-
nes) es tan grande que
no se necesita mucha
fuerza eléctrica para
elevar objetos de gran
volumen, incluso si
están hechos de plo-
mo.
MAQUINA DE WHIMSHURST.
Descripción: constituido principalmente por dos discos de acrílico que com-
parten un mismo eje y se mueven en contragiro mediante un sistema de poleas.
Los discos tienen adheridas unas laminillas de aluminio que se frotan con unas
escobillas de cobre que, por efecto triboeléctrico, generan cargas eléctricas.
Dichas laminillas pasan cerca de unos colectores de carga que reciben y guar-
dan las cargas eléctricas producidas a través de unas barras conductoras en un
par de vasos de Leyden, que son cilindros metálicos que funcionan a manera
de condensadores. Los vasos de Leyden están conectados cada uno a otra barra
metálica que posee en uno de sus extremos una esfera que también es metáli-
ca. Cuando se producen bastantes cargas al girar los discos y se acercan lo su-
ficiente los extremos de los conductores, se produce una chispa que demuestra
el voltaje electrostático almacenado.
Objetivos:
Mostrar el efecto triboeléctrico, la manera en que se puede almacenar la
energía electrostática, explicar el potencial eléctrico de ruptura.
¿Qué necesitamos? (Apéndice V)
Un par de discos de acrílico de 30cm de diámetro y 0.5cm de espe-
sor y con un agujero en el centro de 1.5cm de diámetro.
48 laminillas de aluminio, 24 para cada disco, de 5cm de largo con
bordes redondeados. El ancho superior es de 1.8cm y el inferior de
1.3cm.
Dos cilindros con un diámetro de 3.1 cm, hechos en aluminio. En
la parte frontal se les incrusta un rodamiento para mejorar su fun-
cionamiento y para asegurar los discos tienen un roscado en la par-
te posterior para un tornillo hueco. Son de 1.8cm de largo, 1.2cm
sin el rodamiento. 2.2cm de diámetro interno.
Un par de discos de 7.0cm de diámetro para las poleas inferiores.
Para cada peine colector se hace una trenza con alambre delgado
de cobre de no más de 3cm de larga. Esta va sujetada por un torni-
¿Sabías que…
… existen medios de
transporte cuyo funcio-
namiento se basa en el
principio de repulsión
magnética?
Existen trenes de
alta velocidad que du-
rante su funcionamien-
to no se encuentran en
contacto directo con la
tierra. Estos levitan por
la acción de potentes
electroimanes que
cambian su polaridad
para acelerar el tren
hasta más de 300km/h.
llo y un buje a la barra aislada. Esta barra es de aluminio de 27cm
de largo, 2.4cm de ancha y 0.4cm de espesor. Sus bordes están
contorneados para evitar cualquier punta y en el centro tiene un
agujero de 1.1cm de diámetro. En este, para dejar aislada eléctrica-
mente la barra del resto de la maquina, se ponen unos bujes de
plástico que reducen el diámetro a 5/16”. Se pueden sustituir estos
bujes por cualquier otro material dieléctrico, como la cinta de
teflón.
Para el eje se necesita una barra de acero de 25cm de largo donde
los 3cm centrales lo conforman un cilindro de 0.94cm de diámetro.
El resto del eje es un roscado de 5/16”.
Una base de madera de 45cmx21cmx5cm.
Figura 14. Piezas de la máquina de Whimshurst.
¿Sabías que…
… los bombillos funcio-
nan por fricción?
Los filamentos de
los bombillos son de un
material que genera
resistencia ante co-
rrientes eléctricas. Los
electrones se friccio-
nan con el material
debido a esa resisten-
cia y generan calor has-
ta volverlo incandes-
cente.
Figura 15. Piezas específicas de la máquina de Whimshurst.
¿Sabías que…
… una forma fácil de
pintar un carro es por
atracción eléctrica?
La pintura suele ser
cargada, por ejemplo,
positivamente y el ca-
rro es cargado para
este caso negativa-
mente, facilitando la
adhesión de la pintura
y mejorando la veloci-
dad del trabajo.
¿Qué sucederá?
Cuando la máquina aún no es activada ya posee un desequilibrio de cargas
entre las laminillas de aluminio. Si una laminilla de uno de los discos está car-
gada de tal manera que es más positiva o negativa que la que tiene al frente en
el otro disco, atraerá cargas de signos contrarios a las de la primera laminilla.
De esta manera de forma relativa, cuando empiezan a girar los discos, por ir en
contragiro, cada colector recibirá cargas de signos contrarios que serán alma-
cenadas en los vasos de Leyden. Las laminillas neutralizadas y descargadas
pasan por las brochas y al comenzar el frotamiento, por efecto triboeléctrico,
las laminillas quedarán cargadas con signo opuesto al que poseían antes de
pasar por el colector, debido a la atracción de signo opuesto que provee la la-
minilla cercana del otro disco. Gracias a la barra neutralizadora que conecta
las dos brochas para cada disco, la laminilla opuesta en el mismo disco queda
cargada con signo contrario que la que fue frotada por la primera brocha. La
repetición de dicho ciclo hace que los vasos de Leyden almacenen cada vez
más carga hasta que ocurre una chispa entre las esferas. Para almacenar más
potencial eléctrico se debe almacenar más cargas y disminuir la distancia entre
los conductores almacenadores. Cuando el potencial es bastante alto el aire ya
no puede resistir la tensión y deja de comportarse como aislante, permitiendo
el intercambio de cargas eléctricas a través de la chispa.
¿Sabías que…
… el magnetismo es
utilizado incluso en
bisutería y joyería?
Existen broches para
sarcillos y piercings
removibles que se
mantienen en su lugar
haciendo presión en la
parte del cuerpo me-
diante la atracción de
dos imanes.
CAMPANILLAS DE FRANKLIN.
Descripción: consta de cinco campanas y cuatro péndulos metálicos apoyados
sobre una base. Cuando se acerca una fuente de campo eléctrico, los péndulos
empiezan a moverse y alertan la presencia de dicho campo haciendo sonar las
campanas.
Objetivo:
Explicar el fenómeno de atracción y repulsión entre cargas eléctricas y el
efecto de repartición y distribución de cargas antes y después de que dos obje-
tos cargados entren en contacto.
¿Qué necesitamos? (Ver Apéndice VI)
5 cascarones de campana (4 de 5cm de diámetro y 1 de 7cm de
diámetro).
Base de metal.
4 esferas de metal macizas de 1.5 cm de diámetro.
Hilo de nylon calibre 20
¿Sabías que…
… los tiburones tienen
sensores eléctricos en
su nariz que les facili-
tan localizar a sus pre-
sas aunque se encuen-
tren a grandes distan-
cias?
Estos órganos son
tan sensibles que le
permiten al tiburón
detectar cargas des-
prendidas por las pre-
sas a manera de rastro.
Por eso pueden des-
orientarse al ser gol-
peados fuertemente
en la nariz .
Figura 16. Campanillas de Franklin.
¿Qué sucederá?
Se acumularán cargas en la campana central, como consecuencia habrá un
campo eléctrico potente alrededor de esta. Este polarizará las esferas metáli-
cas, como consecuencia, los péndulos se acercarán a la campana central hasta
hacer contacto con ella. Una vez ocurrido esto, tanto los péndulos como la
campana tendrán cargas de igual signo, luego se repelerán hasta que los
péndulos hagan contacto con las campanas adyacentes, transfiriéndoles cargas
a estas, como ambos, los péndulos y las campanas quedan con el mismo signo
los péndulos serán repelidos nuevamente repitiéndose así el ciclo.
¿Sabías que…
… el agua es buen con-
ductor eléctrico a pe-
sar de no ser un metal?
Las moléculas de
agua son dipolos eléc-
tricos, es decir, sus áto-
mos se disponen de tal
forma que cada molé-
cula posee su propio
campo eléctrico. Los
campos de cada molé-
cula se alinean fácil-
mente ante la presen-
cia de una fuerza eléc-
trica, facilitando así el
paso de una corriente.
DESVIACION DE UN CHORRO DE AGUA POR ELECTROSTATICA.
Descripción: consiste en el frotamiento de una barra de plástico con un trozo
de tela, preferiblemente lana. Al acercar la barra a un hilo de agua este se verá
desviado.
Objetivo:
Demostrar que el agua posee propiedades electrostáticas.
¿Qué necesitamos?
Una bomba de agua
Un recipiente
Agua coloreada
Un tubo de agua delgado
Una barra de plástico
Un trozo de tela preferiblemente lana.
Figura 17. Vista frontal del sistema sifón-bomba de agua-recipiente.
¿Sabías que…
...la energía solar foto-
voltaica podría propor-
cionar de electricidad a
dos tercios de la pobla-
ción mundial en el
2030?
Cada vez es más
común el uso de pane-
les solares y celdas fo-
tovoltaicas en el mun-
do. Además, los avan-
ces tecnológicos hacen
cada año mas eficien-
tes la obtención de
electricidad con energ-
ía solar.
Figura 18. Vista lateral del sistema sifón-bomba de agua-recipiente.
¿Qué sucederá?
Al activar el sistema del sifón se formará un hilo de agua. Como las molé-
culas de agua son dipolos eléctricos, se alinearán con el campo eléctrico gene-
rado por la barra de plástico, y en consecuencia el hilo de agua se acerca a la
barra de plástico.
¿Sabías que…
… es posible obtener
electricidad a partir de
la corriente de un río?
A través de genera-
dores eléctricos cuyo
principio es la ley de
inducción de Faraday,
es posible transformar
un energía mecánica
(movimiento) en co-
rriente eléctrica. Es de
esta forma que las re-
presas hidroeléctricas
son una fuente de elec-
tricidad.
PATRONES GEOMETRICOS SOBRE EL AGUA.
Descripción: consiste en un grupo imanes circulares flotantes, colocados sobre
la superficie de un poco de agua contenida en un envase.
Objetivo:
Mostrar un ejemplo de equilibrio entre fuerzas magnéticas.
¿Qué necesitamos?
Un envase circular de base plana de 20 cm de diámetro y 5 cm de
alto con un volumen de agua tal que ocupe la mitad del envase.
10 imanes circulares de ferrita de 3 cm de diámetro y 2 mm de es-
pesor.
Figura 19. Montaje y cadena de sucesos de los imanes flotantes en el experi-
mento.
¿Sabías que…
… la tierra es un gigan-
tesco imán?
La tierra posee un
campo magnético na-
tural cuyos polos se
encuentran muy cerca-
nos a los polos geográ-
ficos de la tierra. Esto
ocurre por las corrien-
tes eléctricas produci-
das por el movimiento
de hierro liquido en el
núcleo externo.
¿Qué sucederá?
A medida que se van agregando imanes después del primero, estos se repe-
lerán. Cuando hay suficientes imanes, la fuerza será suficiente para que estos
terminen haciendo contacto con las paredes del recipiente. Si un polígono re-
gular se define por estar circunscrito, se necesita que se cumplan dos condicio-
nes para formarse: primero que la frontera que limita el movimiento de los
imanes debe ser circular. Y segundo que los imanes se ubiquen en los vértices
de la figura imaginaria. Ambas condiciones se cumplen ya que el recipiente es
redondo y la magnitud de fuerza que ejerce cada imán en cualquier dirección
es la misma.
¿Sabías que…
… los rayos llegan a la
tierra con una trayec-
toria en forma de zig-
zag?
El aire es por lo gen-
eral es buen aislante
eléctrico, pero al incre-
mentarse la carga de
los campos eléctricos
se ioniza, es decir, se
separan los iones posi-
tivos de los negativos.
Al ionizarse, se crea un
camino de conductivi-
dad eléctrica entre la
tierra y las nubes. Al no
ser uniforme esta ioni-
zación del aire, la carga
eléctrica es conducida
a través de estas zonas
en forma aleatoria,
mientras que desde el
suelo comienzan a ser-
pentear para conec-
tarse con las corrientes
eléctricas descen-
dentes, produciendo
de este modo el efecto
de zigzag, tan particu-
lar de los relámpagos.
BOBINA DE TESLA.
Descripción: La Bobina de Tesla consiste en un conjunto de elementos usados
principalmente para elevar una entrada de voltaje hasta que sea observable una
descarga eléctrica a través del aire en forma de rayo.
Entre los elementos principales que la conforman se encuentran dos embo-
binados, uno fabricado con un alambre o tubo de cobre grueso y de pocas
vueltas, y otro con muchas más vueltas que el primero pero hecho con alambre
de cobre fino. Un transformador es conectado a la red eléctrica domestica y
este a su vez se encuentra conectado a un triplicador de voltaje. La salida del
triplicador de voltaje está conectada a través de una resistencia a un sistema
conformado por un dispositivo creador de chispas eléctricas o descargador, a
un capacitor y a la bobina principal, los cuales se encuentran conectados en
paralelo entre sí. La bobina principal se encuentra alrededor de la base de la
bobina secundaria. Esta última no es conectada al circuito principal, sino que
la corriente que circula por ésta es inducida por la bobina principal. Un toroide
metálico se encuentra dispuesto en el tope superior de la bobina secundaria,
actuando como capacitor, y liberando las descargas eléctricas alrededor del
artefacto.
Objetivo:
Crear descargas eléctricas observables a través de inducción.
¿Qué necesitamos?
Un toroide metálico.
900 metros de alambre de cobre esmaltado calibre 28.
5 metros de tubo de cobre de 5mm de diámetro.
Un tubo de PVC de 1 metro y 4 pulgadas.
Una placa cuadrada de acrílico transparente de 25 cm de lado y
8mm de espesor.
Una caja de madera de base cuadrada de 25 cm de lado y 40 cm de
altura, con una cara lateral utilizada como puerta y cuatro patas
con ruedas, dentro de la cual será dispuesto el circuito.
¿Sabías que…
… los objetos cargados
por electricidad estáti-
ca pueden descargarse
fácilmente al entrar en
contacto con la hume-
dad?
Esto ocurre por que el
agua es un conductor
eléctrico. Un poco de
humedad y el objeto
cargado electrostática-
mente se descargará
en cuestión de segun-
dos.
1 metro de estaño.
3 capacitores de 1µf de alto voltaje.
1 capacitor de 80 nf de alto voltaje.
1 resistencia embobinada de 400W y 10KΩ.
3 diodos semiconductores de alto voltaje.
Un transformador de voltaje similar a los utilizados en hornos mi-
croondas.
Dos esferas metálicas macizas de 3 cm de diámetro.
5 metros de cable calibre 8.
Figura 20. Esquema del circuito de la bobina de Tesla: Tr1 representa el transforma-dor, el conjunto de C1, C2 y C3 son los capacitores de aproximadamente 1µF que jun-to a los 3 diodos forman el triplicador de voltaje. Rp es la resistencia embobinada pri-maria y es equivalente a 10kΩ con disipación de 400W. Dp es el descargador. Cp, Lp y Ls son el capacitor primario, la bobina primaria y la bobina secundaria respectivamen-te. Sus especificaciones se encuentran más adelante en los datos para el diseño.
¿Sabías que…
… a partir de bobinas
se puede construir un
electroimán?
Los electroimanes
son imanes que funcio-
nan con corriente eléc-
trica. Si se tiene una
corriente eléctrica que
circule a través de un
conductor en forma de
espira, se generará a su
alrededor un campo
magnético. Al aumen-
tar las vueltas o espiras
del conductor se forma
una bobina y la co-
rriente que circula por
este generará un cam-
po magnético más po-
tente.
Figura 21. Vista superior de la Bobina de Tesla: En espiral la bobina primaria y cen-trada en círculo la bobina secundaria.
Figura 22. Visión lateral la bobina secundaria, la placa base para ambas bobinas y el toroide.
¿Sabías que…
… la resistividad eléc-
trica es una propiedad
de los materiales?
La resistividad es la
dificultad que tiene
una corriente eléctrica
de ser conducida a
través de un material.
Los metales tienen po-
ca resistividad mien-
tras que los aislantes
tienen una resistividad
muy alta. Existen mate-
riales metálicos con
alta resistividad y por
lo general se calientan
al pasarles una corrien-
te, como el filamento
de los bombillos incan-
descentes, que está
hecho de tungsteno.
Datos de diseño para la bobina de tesla:
Voltaje secundario del transformador: 4.5kV.
Corriente secundaria del transformador: 120mA.
Cantidad de transformadores: 1.
Capacitor primario: 84.9nF.
Frecuencia de resonancia primaria: 88.11kHz.
Diámetro del conductor de la bobina primaria: 5mm.
Espaciado entre cada vuelta del conductor de la bobina primaria: 20mm.
Espaciado entre la vuelta interna de la bobina primaria y la bobina secundaria:
62mm.
Diámetro de la bobina secundaria: 102mm.
Altura total de la bobina secundaria: 850mm.
Diámetro del conductor de la bobina secundaria: 0.32mm.
Espaciado entre espiras de la bobina secundaria: 0.00mm
Cantidad de espiras en la bobina secundaria: 2656.
Longitud del conductor de la bobina secundaria: 851.00m (metros).
Inductancia de la bobina secundaria: 80.65mH.
Frecuencia de resonancia aproximada: 168.36kHz.
Frecuencia de resonancia de cuarto de onda de la bobina secundaria: 88.11kHz.
Capacitancia secundaria propia: 11.08pF.
Capacitancia del toroide requerida para formar una bobina de cuarto de onda:
26.37pF.
¿Sabías que…
… la bobina de tesla
puede incrementar 110
voltios a cientos de
miles de voltios?
Esto se debe a que
el sistema de bobinas
multiplican el voltaje a
partir de inducción
electromagnética. Este
aumento de voltaje
depende de la diferen-
cia de vueltas entre la
bobina primaria y la
bobina secundaria.