Electricidad y Magnetismo.

Practicas de Laboratorio.

 

GENERACIÓN DE CARGAS ELECTROSTÁTICAS  MEDIANTE MAQUINAS SIMPLES

OBSERVACIÓN  Y MEDICIÓN DEL COMPORTAMIENTO  DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS

 

Objetivo:  Aprender A Usar  Aparatos Científicos Para La Generación  De Cargas Eléctricas
Al  estudiante le facultara para calculara fuerzas de interacción entre las cargas, así como comprender  el concepto  de campo eléctrico y sus propiedades

 

Introducción: Los generadores electroestáticos son maquinas que nos sirven para comprobar que se puede generar electricidad a través de diferente métodos. Los primeros generadores de energía son los siguientes:


wimshurt
La máquina de Wimshurst, fue inventada por James Wimshurst en Inglaterra, y fue descrita por primera vez en 1883. Estructuras similares, no sectoriales, (sin láminas metálicas adheridas) fueron descritas previamente por Holtz y Poggendorff en Alemania, alrededor de 1869 y por Musaeus en 1872.  Una máquina sectorizada descrita por Holtz en 1876, se hizo muy popular por su funcionamiento fiable y su construcción simple, aunque su eficacia era relativamente pobre.


 

La máquina electrostática conocida como generador de Van de Graaff, fue inventada por Robert J. Van de Graaff en 1929, con el objeto de generar voltajes elevados para experimentación en Física Nuclear. La idea base de la máquina, puede ser datada alrededor de 1800, e incluso antes, concretamente la máquina de Righi. Fue inventada con el propósito de producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El generador del Van de Graaff es un generador de corriente constante,

 


Correlación  con temas  y subtemas  del programa  de estudio vigente:

Unidad Tema Subtema

 

1

 

Electrostática

    • introducción
    • sistemas de unidades  electrostáticas
1.3 Cargas eléctricas y sus propiedades

Material y equipo necesario:
Cuadro de texto:     James Wimshurst nació en Inglaterra   el 13 de abril de 1832

  • Máquina de Wimshurst
  • Generador de Van der. Graaff
  • Electroscopio
  • Jaula de Farday
  • Rehilete
  • Pista de aluminio
  • Simulador de cargas

 

Metodología:

Descripción de la Maquina de Wimshurst. En la máquina de Wimshurst, las hojas metálicas actúan como objeto cargado en parte del ciclo y como objetos de carga inducida en otra parte del ciclo.

MAQUINA%20ELECTROSConsiste en dos discos de vidrio, recubiertos con una capa de goma laca, montados paralelamente sobre un mismo eje, de tal modo que pueden girar en sentidos opuestos con igual velocidad. Los discos llevan sobre sus lados exteriores pequeños sectores metálicos dispuestos radialmente y equidistantes entre sí. Sobre los diámetros horizontales se encuentran dos pares de peines conductores montados en soportes aislados, que se prolongan mediante piezas articuladas, en dos varillas metálicas, curvadas que terminan en dos pequeñas esferas. Estas piezas constituyen un sistema colector y de descarga. 

 

 Descripción del generador de Van de Graaff es un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas  E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico.  Dos peines G y H están hechos de puntas conductoras muy finas, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la correa.

GENERADOR%20VAN%20DE%20GRAFF 
La rama izquierda de la correa transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la correa. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la correa a la punta G y a continuación al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Farday).

 

Experimento E1
El maestro  mostrara el funcionamiento  de la Maquina de Wimshurst y explicara el funcionamiento, asegurándose que las  esferas  se encuentren separadas  unos cuántos centímetros.  Deberá dar vueltas la manivela,   hasta  acumular  la suficiente  carga  eléctrica  en las botellas de Leyden.  Y  lograr que  se provoquen  chispas que brinquen  de una esfera  a otra.

Experimento E2
El maestro  muestra el funcionamiento del generador de Van de Graff y explicara el funcionamiento.  Se enciende  la maquina  después de unos instantes. Se coloca el electroscopio cerca del generador y se observa la presencia  de la acumulación de cargas eléctricas en el domo.

 Nota: Las condiciones de humedad relativa del ambiente   podrían dificultar la observación de acumulación de cargas eléctricas.  Para  disminuir   este efecto de humedad ambiente  se podrá usar un radiador de calor eléctrico y mantener  ventilada el área  de trabajo

Sugerencias didácticas:


Sugerencias didácticas:
  • Propiciar  la búsqueda  y selección  de información  de temas a fines a la practica

              En libros de texto, revistas  de actualidad científica,  en internet.

  • Propiciar el debate para plantear  otras alternativas para el estudio  de la generación de cargas eléctricas
  • Uso de video   para mejorar  la comprensión  de los conceptos
  • Desarrollo de  nuevos modelos didácticos  por los   alumnos
  • Uso de software y  laboratorios virtuales  en la solución de problemas y  como  complementó de  la comprensión de conceptos
  • Elaborar  con el estudiante  un banco de problemas  para reforzar los temas vistos en clase 

 

 

Reporte  del alumno (Resultados Y Conclusiones)
Resultados
E1. El alumno  describirá por escrito  en forma detallada  el desarrollo del experimento paso a paso además el alumno investigara   el funcionamiento   detallado de la Maquina de Wimshurst,  en  diversas fuentes bibliográficas apoyándose con imágenes.   Y  dará una  explicación clara del observado durante   la demostración

E2. El alumno  describirá por escrito  en forma detallada  el desarrollo del experimento paso a paso además el alumno investigara   el funcionamiento   detallado del  generador de Van de Graaff,  en  diversas fuentes bibliográficas apoyándose con imágenes.   Y  dará una  explicación clara del observado durante   la demostración

El alumno hará una investigación  de cómo  afecta la humedad  relativa  del  ambiente en la operación  de  maquinas electrostáticas, eléctricas y electrónicas

Conclusiones
Sugerencia

Podría parecer que ninguno de los dos generadores tiene carga al momento de arrancar, la pregunta es ¿cómo es que se genera la carga? ¿Por inducción?

Debemos de aclarar que los materiales de estos generadores no son totalmente neutros. Por supuesto, no es posible saber la polaridad que la máquina tomará una vez la arranquemos.

Por esa razón, algunas máquinas de Wimshurst incorporan un trocito de piel, que ofrece un mínimo de carga en algún punto, de forma que la máquina arrancará con la misma polaridad cada vez.

Bibliografía preliminar:
Libro de texto  oficial de la materia
Serway   Raymon y Jewett John.
Física II: Texto basado en calculo
                                   Ed. Internacional Thompson Editores,  ISBN 970-696-340-0

Lea Susan  y Burke John (2000)
Física  la naturaleza de  las cosas.  Volumen
Ed. Internacional Thompson Editores,  ISBN  968-7529-38-5
 
Reese Donald Lane (2002)
Física  Universitaria: Volumen II
Ed. Internacional Thompson Editores,  ISBN  970=686=103=3

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Elaborado en: Enero del 2004 | Ultima actualización: febrero del 2010.