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Laboratorio #2 ElectromagnetismoGeneradores electrostticos

Katherin Jimenez1, Julian Lara2, Alejandro Poblador31 Ing. Industrial, Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas 2 Ing. Sistemas, Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas 3 Ing. Electrnica, Universidad Distrital Francisco Jos de CaldasAbstracto En esta prctica de laboratorio observamos y analizamos el funcionamiento de dos generadores electrostticos: la mquina de Wimshurst y el generador de Van de Graff. El primero tiene sus distintivos discos contra-rotacion montados en un plano vertical, que hacen friccin con dos barras cruzadas con cepillos metlicos, adems tiene dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. El generador de Van de Graaff es una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca.

INTRODUCCIONLa electricidad esttica se descubri en la antigua Grecia. Se observ que por el roce de algunos materiales como el mbar era posible atraer partculas ligeras como pequeos trozos de papiro. Filsofo griego Tales fue la primera persona que investig acerca de este fenmeno, que ahora se conoce como la electricidad esttica, Tales hizo experimentos con el mbar, la resina fosilizada de pinesap, se dio cuenta de que el mbar frotado con un pao de lana atraa briznas de paja, pero no saba lo que causaba esta atraccin. El supuso que el mbar liberaba una fuerza invisible que llamo "electrn", la palabra griega para mbar. Hay muchos ejemplos muy conocidos para los fenmenos electrosttica que es en la vida cotidiana de las personas. Aparte de eso, la electrosttica se utiliza para muchos propsitos diferentes en la industria como el filtrado, pintura, etc.Entre la gran variedad de maneras que existe para generar electricidad esttica, existen dos mquinas o generadores de esta, la mquina de Wimshurst y el generador de Van de Graff., estas se basan en la acumulacin de cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre s.MQUINA DE WIMSHURSTLA mquina de Wimshurst(Fig. 1) es un generador electrosttico de alto voltaje por induccin, desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor britnico James Wimshurst (1832 - 1903). Esta consiste en dos discos de material dielctrico y en cada uno hay unas laminillas de metal distribuidas uniformemente,

los discos se hacen girar contra- rotacin con una manivela; las laminillas hacen friccin con unas escobillas puestas en unas barras metlicas cruzadas y as se generan las cargas. La mquina tiene dos condensadores (Botellas de Leyden) que almacenan las cargas, las positivas en una y las negativas en la otra, las cargas se distribuyen a otras dos barras de metal, generalmente con unas puntas de esfera las cuales estn separadas a cierta distancia para as poder crear una chispa. Fig. 1

DiscosEstos componentes son muy importantes en la construccin de toda la mquina, el grosor, dimetro y material afectan el funcionamiento de toda la mquina, generalmente se hacen de acrlico para que no se deformen con la rotacin. Adicional a esto cada disco tiene incrustados unos sectores metlicos o laminillas. (Fig. 2)

Fig. 2

PoleasEl sistema de poleas es el que sostiene a los discos y hacen que roten de forma inversa mediante una manivela, es decir de forma mecnica.Colectores de cargaSon unas barras cromadas conectadas a los condensadores y en su punta tienen un electrodo esfrico con una separacin que se puede ajustarEscobillasEst preparado para cada disco aislador y se coloca sobre los soportes que sostienen los discos perpendiculares entre s. Los cepillos tocan los sectores metlicos en los discos y cargan los sectores opuestos por induccin. Su funcin es distribuir las cargas positivas a un condensador y las negativas al otro. (Fig. 3)

Fig. 3CondensadoresDos botellas de Leyden se construyen en forma cilndrica con tubo de vidrio acrlico. Un papel de aluminio de alta resistencia se envuelve alrededor del tubo de vidrio acrlico para formar el electrodo exterior del condensador. Otra hoja de papel se inserta en el tubo. De esta manera, un condensador cilndrico coaxial se construye. (Fig. 4)

Fig. 4GENERADOR DE VAN DE GRAAFFEl generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batera es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

Fig. 5El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada (D), que transporta carga a un terminal hueco (A). La carga es depositada en la esfera por induccin en la cinta, ya que la varilla metlica o peine (G), est muy prxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esfrico nulo por medio de otro peine o varilla metlica que se encarga de producir energa (H); esto hace que las partculas de energa que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energa) absorbe aquella produciendo esttica en el cuero capilar u otro objeto que este en contacto directo.

Fig. 6 Prototipo generador que se demuestra por el Dr. Van deGraaff en el Hotel Statler. Se encontraba a unos 6 pies de altura y era capaz de la produccin de cerca de 1 milln de voltios de electricidad esttica.PRACTICA DE LABORATORIOEn la prctica de laboratorio pudimos interactuar con ambos generadores, as observamos y analizamos la composicin y funcionamiento de cada uno.Mquina de WimshurstEn la primera parte de la prctica se trabaj con esta mquina, al inicio analizamos como estaba conformada y de que materiales est hecha. Luego se empez a hacer funcionar la mquina y estos fueron los resultados:

1. Con la luz apagada se observ la chispa generada entre los electrodos, era de un color un poco rojizo pero era una luz muy tenue.2. El olor que emana la chispa es un olor a quemado, similar a cuando se hace un corto circuito.3. Al acercar el dedo a los electrodos la chispa se desva hacia este produciendo un cosquilleo4. Al poner un pedazo de lana en medio de los electrodos este se empieza a mover y a acercar sobre uno de los dos

Fig. 7Generador de Van GraaffEn la segunda parte de la prctica se trabaj con el generador de Van Graaff, al igual que se hizo anteriormente analizamos como estaba conformada y de que materiales est hecha. Luego se empez a hacer funcionar la mquina y estos fueron los resultados:

1. Se empez a hacer girar la cinta para cargar el casco de metal, luego se le acerc un hilo, este se empez a acercar y alejar un poco del casco2. Se hizo girar ms rpido la cinta y se acerc el hilo obteniendo el mismo resultado3. Luego se le acerco una barra metlica con una esfera en su punta, tambin conectada a la corriente y el resultado fue que solo son al chocar.

Fig. 8

ConclusionesHay que hacerle un mantenimiento y uso adecuado a los equipos de laboratorio, de lo contrario no se puede hacer una buena prctica de laboratorio y mucho menos se podr obtener resultados eficientes.

El uso y anlisis de estas mquinas manifiesta y da una idea bsica sobre electrosttica, la carga elctrica y el campo elctrico.

Para construir estas mquinas es muy importante tener en cuenta los materiales de los componentes y as mismo la proporcin de los tamaos para que funcione correctamente.

En ambos casos se puede llegar a la conclusin de que una energa se puede transformar en otra, en este caso de mecnica a elctrica.

Referencias

IEEE, High Voltage Engineering and Application (ICHVE), 2014 International Conference on, Poznan, Polonia, 2014Bertrand, C. L., "Electrostatics Theory and Applications", Nova Science Publishers, 2011, pp. I -53.URL-I , date: 21.02.2015.

Url-2 , date: 21.02.2015.Url-3 , date: 21.02.2015.IEEE, Spectrum, IEEE, (Volume: 27,Issue: 7), 1990.UrI-4 , date: 21.02.2015