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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.

Page 3: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 4: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 5: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 6: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 7: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 8: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 9: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

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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.

Page 11: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 12: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 13: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 14: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 15: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 16: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 17: PRÓLOGO - web.ula.ve

¿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.

Page 18: PRÓLOGO - web.ula.ve

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 .

Page 19: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 20: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 21: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 22: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 23: PRÓLOGO - web.ula.ve

¿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.

Page 24: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

Page 25: PRÓLOGO - web.ula.ve

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.

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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.

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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.