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CARGAS ELECTRICAS Y LA MAQUINA DEWIMSHURST 1. OBJETIVOS: 1. A través de los experimentos se comprobara la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. 2. Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas. 3. Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos. 4. Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador Electrostático máquina de Wimshurst. 2. MATERIALES La máquina de Wimshurst Tablero de destellos Clavija de conexión en pantalla de seda en varilla Rueda con punta Péndulos doble de tecnoport Cubierta con electrodos esféricos 3. MARCO TEORICO HISTORIA DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST La máquina de Wimshurst fue inventado en Inglaterra por James Wimshurst , y primero informó en enero 1883 en el momento se sabe que influyen en otras máquinas de relativamente alta potencia, como Toepler , Holtz(1865) y Voss (1880), que eran todos un tanto problemático, debido principalmente a las inversiones de polaridad constantes que fueron sometidos a un alto aislamiento eléctrico y necesarios para el funcionamiento eficiente. El elegante diseño de la máquina de Wimshurst resuelve estos dos problemas, evitando el uso de superficies fijas y la inducción de altos voltajes presentes sólo en las proximidades de los colectores de carga. En el momento de la atención de la investigación se ha centrado en la electricidad para aplicaciones prácticas, tales como la iluminación eléctrica, motores eléctricos, telefonía y telegrafía, con gran parte de la investigación básica, que comenzó por el uso electrostático y extenso de máquinas de fricción, ya celebradas. Había un renacimiento en el interés por las aplicaciones prácticas de estas máquinas después del descubrimiento de los rayos X en 1895, según fuentes de disparo de alta tensión de los tubos de Crookes , pero con la llegada de la electrificación generalizada, se desarrollaron sólo las fuentes más confiables de energía, y discos máquinas electrostáticas convirtieron dispositivos de demostración sólo. Actualmente, los generadores mecánicos, electrostáticos sólo se utilizan en los aceleradores de partículas, pero más conveniente a los altos voltajes necesarios, en el caso de la forma de Van de Graaff (1931) y sus derivados. ¿Cómo funciona? Los dos discos de aislamiento y sus sectores de metal giran en direcciones opuestas que pasan por las barras neutralizadoras cruzadas de metal y por sus pinceles. Un desequilibrio de cargas es inducido, amplificado y almacenado por dos pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la superficie de cada disco. Estos colectores se montan sobre un soporte aislante y conectado a una salida terminal. La retroalimentación positiva, aumenta la acumulación de cargas en forma exponencial hasta que la tensión de ruptura dieléctrica del aire alcanza una chispa. La máquina está lista para comenzar, lo que significa que la energía eléctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. Sin embargo, se requiere energía mecánica para tornar los discos en contra el campo eléctrico, y es esta energía que la máquina convierte en energía eléctrica. La salida de la máquina de Wimshurst es esencialmente una corriente constante ya que es proporcional al área cubierta por el metal y los sectores a la velocidad de rotación. El aislamiento y el tamaño de la máquina determinan la salida de voltaje máxima que se puede alcanzar. La chispa de energía acumulada se puede aumentar mediante la adición de un par de frascos Leyden, un tipo de condensador adecuado para la alta tensión, con los frascos en el interior de las placas conectados en forma independiente a cada una de las terminales de salida y conectados con las placas exteriores entre sí. 4. PARTES DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST (1) Disco de acrílico con placas de estaño, de igual tamaño, montados sobre un eje horizontal, paralelamente, y con escasa distancia entre sí, al usarse se mueven en sentido contrario. (2) Listón de aislamiento, el cual se encuentra atornillado al eje. (3) Barra de electrodos, sus extremos tienen forma de doble esfera y entre las que se efectúa la descarga de chispas. (4) Botellas de Leyden, (condensador). (5) interruptor de aislamiento. (6) Conductor transversal con pinceles de metal .Frente a cada disco, se ha fijado al eje un conductor transversal, girable, con dos pinceles de metal, que frotan las hojas de estaño. (7) Estribo con escobillas. Para la toma de corriente se emplean dos escobillas fijadas a un estribo, en el extremo del listón de aislamiento. La distancia entre las escobillas y los discos es regulable, y debe ser de algunos milímetros. (8) Palanca de acoplamiento para conexión de las botellas de Leyden. 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTO 1 Colocar el tablero de destellos en el soporte, conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada. EXPLICACIÓN: Si existe una tensión lo suficientemente alta, se producen descargas de destellos a través de los espacios libres del tablero de destellos. EXPERIMENTO 2 Colocar la clavija de conexión en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada. EXPLICACIÓN: Las cargas eléctricas tienden a acumularse en la forma puntiaguda de los cuerpos, es una ley de la electricidad. Las tiras de papel se elevan y reparten a todos lados debido a que se repelen entre sí, creando una pantalla, esto sucede cuando dos cargas tienen la misma polaridad. En el caso de la atracción del campo eléctrico, la carga en el canal de la pared se supone positiva, mientras que una partícula con carga negativa se introduce en el campo, la carga de la pared mantiene su magnitud positiva, mientras que la carga de la partícula se cambia de negativa a una carga positiva. La clavija de conexión en pantalla de seda también es un electroscopio simple. EXPERIMENTO 3 Colgar del soporte un péndulo doble de bolitas de sauco en soporte con gancho conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a través de ésta. EXPLICACIÓN: Se demuestra la repulsión electrostática, que dice que signos iguales se repelen. Es por eso que las bolitas de sauco se repelen ya que cargan con la misma polaridad. EXPERIMENTO 4 Colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga. EXPLICACIÓN: La rueda con punta empieza a girar, debido a que la carga fluye rápidamente de las puntas y éstas tienen un efecto propulsor, es decir se recarga de electrones y va tratar de eliminar por las puntas, y se produce alrededor un campo eléctrico muy fuerte, que va a manifestarse por un efecto de acción y reacción, y así se produce el movimiento. Al aumentar la carga aplicada, aumenta la velocidad de rotación. En este caso gira en sentido anti horario. EXPERIMENTO 5 Colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre él bolitas de sauco y poner encima la cubierta con electrodos esféricos invertida. Conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, hasta que las bolitas de sauco empiecen a bailar. Interrumpir el suministro de carga y observar el proceso. EXPLICACIÓN: Mediante una carga de la misma polaridad, el tablero de base repele las bolitas de sauco y éstos pierden o adoptan la carga contraria cuando se aproximan a los electrodos esféricos. Caen de nuevo y el proceso empieza otra vez, a pesar de que el suministro de energía se ha interrumpido, ya que todavía existe una suficiente carga residual. 6. CONCLUSIONES 