Van der Graaf con los pelos de papel

Hipótesis

El generador de Van der Graaf es una máquina electrostática que acumula grandes cantidades de energía eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca, utilizando para ello una cinta móvil.

 

En esta práctica pretendemos demostrar que existe dicha energía creada, pero además, la energía estática se da en el exterior de la esfera metálica. El campo eléctrico que crea va hacia afuera.

Actividades de preparación 

Para dicha comprobación, hemos realizado la práctica con unos pelos de papel que están sujetos a la esfera metálica del Van der Graaf mediante un imán a ambos lados. Estos papeles se encuentran tanto en la superficie como en el interior del Van der Graaf para poder observar su comportamiento en ambas zonas (para lograr esto hemos sustituido la esfera metálica por una semiesfera con rejillas (colador) que permite la visión tanto del interior como del exterior).

Resultados obtenidos

Como todas las demás prácticas, esta ha sido realizada en el laboratorio de física del Colegio Claret de Segovia, con la ayuda del profesor para la correcta utilización del material. También contamos con un vídeo con los resultados obtenidos:

Consecuencias deducidas 

Como esperábamos, debido a la creación de energía electrostática en la superficie del Van der Graaf, los pelos de papel se elevan; sin embargo, esto solo sucede con los del exterior. En el interior del Van der Graaf no se produce esta energía, por lo que los pelos de papel en el interior se mantienen inmóviles.

Esto es así ya que la carga transportada por la cinta pasa al terminal esférico (nulo) por medio de otro peine o varilla metálica, que produce energía. Así, las partículas de energía que se encuentran dentro de la esfera son absorbidas por contacto con otro cuerpo similar (que produzca energía), generando la energía estática superficial que observamos con el levantamiento de los papelillos.

Diodo de ionización

Diodo de ionización

Hipótesis

En esta práctica utilizamos el generador de Van der Graaf (que anteriormente explicamos en la práctica de los pelos de papel). El funcionamiento es exactamente el mismo. Encenderemos la máquina de Van der Graaf, creando un campo eléctrico hacia afuera, por lo que esperamos que al aproximar el diodo este se ionice y se encienda.

Actividades de preparación 

Necesitamos previamente preparar el generador Van der Graaf y un diodo de ionización.

Resultados obtenidos

Esta práctica dio muy buenos resultados ya que al acercar el diodo al generador de Van der Graaf se encendió, por lo que pudimos comprobar que realmente este generador crea un cuerpo eléctrico hacia fuera y el diodo es capaz de absorber dicha energía

Consecuencias deducidas 

La esfera del Van der Graaf se ha cargado, y dicha carga eléctrica hace que los gases del interior del diodo se enciendan, como hemos podido comprobar con nuestro experimento. Por esto suponemos que la energía de ionización inicial que el diodo necesita para encenderse debe ser igual o mayor que la energía que desprende el generador Van der Graaf.. 

Aquí adjuntamos un vídeo en el que se muestra el funcionamiento de un diodo y sus características.

Tubo fluorescente

Hipótesis

En este taller utilizaremos el generador de Van der Graaf (que previamente hemos explicado en la práctica de los pelos de papel). El funcionamiento será el mismo. Encenderemos el Van der Graaf que creará un campo eléctrico hacia afuera, por lo que esperamos que al acercar el tubo fluorescente este se ionice y se encienda (será necesario apagar la luz para una correcta apreciación de lo ocurrido).

Actividades de preparación 

Para esta práctica lo único que nos hace falta es el generador Van der Graaf y un tubo fluorescente que acercaremos a dicho generador para comprobar que crea un campo a su alrededor que ioniza el fluorescente y lo enciende.

Resultados obtenidos

En esta práctica no hemos tenido tanta suerte como en las anteriores. Como ya habíamos comprobado con los pelos de papel y el diodo de ionización, el Van der Graaf crea un campo eléctrico hacia afuera; sin embargo, con el fluorescente no hemos logrado lo esperado en la hipótesis. Este no se ha encendido.

Consecuencias deducidas 

La esfera del Van der Graaf se ha cargado, y dicha carga eléctrica ioniza los gases y hace que estos se enciendan; sin embargo, en el caso de este taller el resultado no ha sido perceptible, el fluorescente no se ha encendido. No conocemos la causa exacta de esto; pero probablemente la energía de ionización inicial que necesita el fluorescente para vencer la resistencia y funcionar sea superior a la aportada por el campo que crea el Van der Graaf. Es posible que probando con diferentes fluorescentes (de mayor o menor tamaño, con una menor resistencia...) podamos observar que en algunos si que se llega a encender una vez lograda dicha energía de ionización inicial.

Máquina de Wimshurst y lineas de campo

Hipótesis 

Se prevé en esta práctica que al ionizar aceite transparente ,gracias a una máquina de Wimshurst, en un recipiente aislante, en el aceite aparezcan lineas de campo producidas por esa ionización.

El campo producido no es un campo magnético, sino un campo eléctrico el cual produce unas lineas de campo como las de la figura:

Actividades de preparación

Para comprobar esta teoría echaremos semillas de césped (vale cualquier tipo de semilla flotante) sobre el aceite transparente y agitamos bien. Cuando este bien revuelto damos vueltas a la máquina de Wimshurst para que empiece a da energía a la zona en cuestión.

A los pocos segundos se verá como las semillas se mueven y se distribuyen dibujando las lineas del campo eléctrico.

Medidas obtenidas 

Gracias al buen estado de los materiales del colegio Claret de Segovia hemos podido grabar esta práctica y demostrar esta teoría no solo con palabras: 

Conclusiones deducidas

Al producir corriente con cualquier generador sobre un liquido conductor como el aceite  se producen lineas de campo eléctrico que se pueden ver dibujadas por un material poco denso como las semillas.   En la imagen se pueden apreciar las lineas producidas por la corriente iónica, las cuales como se aprecia en el video estan en movmiento hasta que encuentran dicha linea.

Máquina Wimshurst e ionización del aire. Condensador plano externo. Salta la chispa.

Hipótesis

En esta práctica, se pretende demostrar o conseguir el efecto de las puntas. Según el cual, cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en estas, siendo la densidad de carga muy elevada y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire. Por ello, la carga eléctrica se concentra en las zonas puntiagudas, incluso las cargas se escapan del metal y en su salida son capaces de ionizar el aire y de mover cosas.

Así pues, esperamos que al conectar el molinillo al Wimshurst, éste comience a girar y consigamos que se ionice el aire.

Actividades de preparación

Para esta práctica, haremos girar lentamente el disco de la máquina Wimshurst y veremos que salta la chispa entre las dos esferas y podremos comprobar que se está ionizando el aire.

Medidas obtenidas

De igual modo que en las demás prácticas hemos grabado los resultados obtenidos en el laboratorio del colegio, en este experimento no lo hemos podido realizar, pero podemos imaginarnos lo que habíamos previsto, tras hacer girar el disco de la máquina Wimshurst debido a la ionización del aire y colocamos los dos condensadores planos conectados en paralelo y girando lentamente el disco, podemos observar que salte la chispa y dé un estampido.

Consecuencias deducidas

Aunque no hemos podido realizar el experimento por nuestra parte, os dejamos aquí un video para veáis el efecto que hace, sabemos que se ha ionizado el aire y sobre todo hemos podido comprobar que huele a Ozono debido a la ionización.

Flaneras metálicas 

Hipótesis

El generador de Van der Graaf es una máquina electrostática que acumula grandes cantidades de energía eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca, utilizando para ello una cinta móvil.

En esta práctica pretendemos demostrar que existe dicha energía creada, pero además, la energía estática se da en el exterior de la esfera metálica. El campo eléctrico que crea va hacia afuera.

 

Actividades de preparación

Para dicha comprobación, hemos realizado la práctica con unas flaneras metálicas que están sujetos a la esfera metálica del Van der Graaf, mediante un tornillo o también llamado punta. Estas flaneras metálicas se encuentran en la superficie del Van der Graaf, para poder observar su comportamiento.

 Resultados obtenidos

Como todas las demás prácticas, esta ha sido realizada en el laboratorio de física del Colegio Claret de Segovia, con la ayuda del profesor para la correcta utilización del material. También contamos con un vídeo, con los resultados obtenidos:

 
Consecuencias deducidas

Como esperábamos, debido a la creación de energía electrostática en la superficie del Van der Graaf, las flaneras metálicas se elevan.

Esto es así ya que la carga transportada por la cinta pasa al terminal esférico (nulo) por medio de otro peine o varilla metálica, que produce energía. Así, las partículas de energía que se encuentran dentro de la esfera son absorbidas por contacto con otro cuerpo similar (que produzca energía), generando la energía estática superficial que observamos con el levantamiento de las flaneras metálicas.

Máquina Wimshurst con molinillo eléctrico

Introducción

Hipótesis

En esta práctica, al igual que en la realizada con la vela, se pretende demostrar el efecto de las puntas. Según el cual cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en estas, siendo la densidad de carga muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire.

Ahora, pretendemos demostrar que de igual modo que se produce viento iónico sobre la llama de una vela al situarla entre dos puntas conectadas al Wimshurst; se produce al conectar a dicha máquina un molinillo eléctrico. Así pues, esperamos que al conectar el molinillo al Wimshurst este comience a girar debido al viento iónico producido.

Actividades de preparación

Para esta práctica necesitaremos la máquina Wimshurt, que utilizaremos como generador de la corriente que ionizará el aire al conectarlo a un molinillo metálico terminado en punta (donde se acumulará la carga).

Medidas obtenidas

De igual modo que en las demás prácticas hemos grabado los resultados obtenidos en el laboratorio del colegio. Y podemos observar que como habíamos previsto, tras hacer girar el disco de la máquina Wimshurst debido a la ionización del aire producido en las puntas del molinillo este comenzará a girar:

Consecuencias deducidas 

Como ya se ha explicado, y observado en el vídeo, al hacer girar la máquina y conectarla al molinillo, se produce el efecto puntas.

Por lo general, la carga se distribuye de forma uniforme por toda la superficie, pero como hemos demostrado, en zonas puntiagudas la densidad de carga es mucho mayor, ya que se concentra en dicho punto. Las cargas se escapan del metal y en su salida son capaces de ionizar el aire y de mover cosas (como el molinillo con el que hemos probado dicho efecto).

Este efecto fue descubierto por el norteamericano Franklin, ya que al parecer en una tormenta lanzó una cometa de seda con una punta metálica, y unida a un cordel de seda al que colgó una llave. Mientras el cordel estaba seco no pasaba nada, pero al mojarse hacía de conductor de la electricidad (generada por el rayo), por lo que al acercar la mano a la llave saltaban chispas. En este se basó el invento del pararrayos.

Máquina Wimshurst  con la vela (viento iónico)

Hipótesis

Esta práctica sirve para demostrar que en la zona de espacio entre dos electrodos por el que pasa suficiente voltaje se produce un traspase de partículas de aire ionizadas de un electrodo a otro.

Ese traspase de partículas ionizadas se denomina ''viento iónico'' y produce el mismo efecto que el viento tal y como lo conocemos.

Actividades de preparación 

Por esta razón vamos a comprobar esta teoría colocando una llama de fuego en el lugar del traspase de estas partículas y observar el movimiento de esta llama. 

Para realizarla utilizaremos una Máquina de Wimshurst como generador de una corriente ionizadora del aire.

Medidas obtenidas

En el laboratorio de física del colegio Claret de Segovia, gracias a la ayuda y al buen estado de los materiales proporcionados por los profesores pudimos grabar un vídeo en el que se viera reflejada la práctica :

Consecuencias deducidas 

Cuando el generador ( Máquina de Wimshurst ) empieza a producir energía, las partículas del aire empiezan a ionizarse provocando una especie de viento denominado ''viento iónico'' que hace el mismo efecto en la llama de fuego que al soplar sobre ella.
El viento iónico puede resultar muy útil por ejemplo para producir fuerza de propulsión, ya que los motores a reacción actualmente producen 2 newtons por kilovatio, y el viento iónico puede producir hasta 110 newtons de empuje por kilovatio.

Máquina Wimshurst con filtro electrostático

Máquina Wimshurst con filtro electrostático

Hipótesis

Nuestro objetivo en esta práctica es demostrar, junto con la máquina de Wimshurst, que es posible, ayudándonos de la electricidad, sacar el humo que desprende una mecha de un tubo erlenmeyer.

Actividades de preparación

Para realizarlo necesitamos: la máquina de Wimshurst, una mecha de tela y un mechero o cerillas 

Medidas obtenidas

Como se puede observar en el vídeo que grabamos en el laboratorio, conseguimos con algún error en la realización que el aire, al poner en funcionamiento la máquina  de Wimshurst, salga.

Consecuencias deducidas 

De este experimento se puede deducir que gracias a la energía que genera la máquina de Wimshurst, podemos extraer verdaderamente el humo que produce una mecha de dentro de un tubo erlenmeyer completamente hermético.

Máquina Wimshurst con esfera y punta ver dónde va la descarga.

Hipótesis

En esta práctica, queremos demostrar que únicamente la descarga se produce cuando se acerca a la punta, a pesar de que esta se encuentra a mayor distancia de la esfera, por ello, pondremos una esfera desplazándose “paralela” a la punta.

Actividades de preparación

Para esta práctica necesitaremos la máquina Wimshurt, que utilizaremos como generador de la corriente que ionizará el aire, una esfera y una punta.

Medidas obtenidas

De igual modo que en las demás prácticas hemos grabado los resultados obtenidos en el laboratorio del colegio, tengo que decir que esta práctica, no la hemos podido realizar en el laboratorio, pero os muestro un video en donde se ve reflejado la práctica.

Consecuencias deducidas 

Como se observa en el vídeo la esfera aún desplazándose "paralela" por las inmediaciones del conductor cargado, únicamente la descarga se produce cuando se acerca a la punta a pesar de que esta se encuentra a mayor distancia de la esfera, esto es debido a que en la punta por a la acumulación de cargas eléctricas el efecto de ionización es más fuerte haciendo que la resistencia del aire en ese punto sea más baja por lo que aún existiendo una misma diferencia de potencia a lo largo de todo el conductor es solo en la punta donde la resistencia es lo suficientemente baja como para que el arco eléctrico pueda atravesar el aire y cerrarse el circuito.

Carrete Rühmkorff generador de alta tensión

Introducción

El carrete Rühmkorff es un instrumento que se emplea para generar elevadas diferencias de potencial. Las elevadas diferentes de potencial producidas podían ser aplicadas sobre los extremos de un tubo de Crookes (un tubo de vacío por el cual circulan una serie de gases, que al aplicarles electricidad adquieren fluorescencia, de ahí que sean llamados fluorescentes).

Así se provoca la emisión de rayos que, por su carácter desconocido, fueron denominados ''rayos x".

Hipótesis

Por lo tanto con esta práctica se pretende hacer ver mediante el carrete Rümkorff, a uno rayo o varios rayos pasar a lo largo tubo de Crookes gracias a una diferencia de potencial producida por el carrete ya citado.

Actividades de preparación

Para esta práctica únicamente necesitamos un carrete Rümkorff y un  tubo de Crookes, con los cuales contamos en el laboratorio do física del colegio Claret.

Para hacerlo funcionar enchufaremos en carrete a la corriente y veremos como se produce la fosforescencia producida sobre los diversos gases calientes que contiene en tubo.

Se pueden poner muchas variedades de tubos, los cuales deben tener siempre un cátodo y un ánodo, y gracias a la cruz de Malta se comprueba la penetrabilidad de los rayos catódicos.

Resultados obtenidos

Ha habido suerte y se ha conseguido ver una serie de destellos producidos sobre el tubo de Crookes, los cuales eran escasos y poco continuos.

Consecuencias deducidas 

Gracias a ello se pueden realizar fotografías a través de cuerpos opacos y generar a partir de una corriente primaria continua y de pequeña fuerza electromotriz otra de alta tensión y alterna.
Además la bobina o carrete Rühmkorff, precursor del transformador, se utiliza para obtener corrientes inducidas de alta frecuencia y potencial. Con este tipo de corrientes era posible iluminar tubos de Geissler , de rayos X, detonar explosivos a distancia, etc..

Para terminar...

Al hacer estas prácticas en el laboratorio del colegio, se nos ha ocurrido ampliar el trabajo y lo hacemos con esta entrada. Como ya hemos explicado anteriormente, todas las prácticas han estado relacionados con el campo eléctrico, pero nosotros los alumnos de segundo de bachillerato, te preguntamos…

¿Por qué se produce el rayo? A lo mejor nunca te lo has planteado o nunca has sabido el porqué; nosotros te lo explicaremos a continuación:

Cuando se forman nubes densas en una tormenta, debido a los movimientos de grandes masas de aire y de agua, en el interior de la nube se crean zonas con cargas positivas y cargas negativas. Entre estas zonas existen grandes diferencias de potencial, al igual que entre la nube y la superficie de la Tierra (en ocasiones estas diferencias de potencial pueden llegar a los 100 millones de voltios). Debido a ello se producen descargas eléctricas a las que llamamos rayos, que van acompañados de liberación de energía en forma luminosa (relámpago) y en forma de sonido (el trueno). Hay rayos que se forman por descargas entre zonas de una misma nube, con cargas de distinto signo, entre dos nubes o entre la nube y la superficie terrestre.

El aumento de temperatura en los puntos por donde pasa la descarga y el brusco aumento de presión debido al calentamiento asociado generan una gran luminosidad (relámpago) y ondas de sonido que constituyen el trueno.