Editorial Corriente Revista de física es una publicación del departamento de ciencias básicas de la escuela colombiana de carreras industriales, que se c reó en el 2014 con el ánimo de contribuir a la difusión del conocimiento entre la comunidad académica de la institución y brindar ejemplos de aplicaciones en la vida moderna de los temas que la revista trata para facilitarle a los lectores un punto de referencia, como de motivación para que estos puedan realizar por cuenta propia la experimentación de los temas que consideren más interesantes o pertinentes en sus estudios. El objetivo fundamental de esta revista es facilitar a los lectores principalmente estudiantes de educación superior una herramienta de estudio la cual pueda ser aplicada en sus clases, con el ánimo de hacer entretenido cada uno de los temas que la revista ofrece y permitirle así a los lectores generar un pensamiento crítico y a su vez dejar de lado el arcaico principio que durante años se les ha infundido a los estudiantes de que “m is profesores tiene la verdad, la sabiduría y
todos los trucos del asunto. Su trabajo es administrarme todo ese conocimiento en las clases, y mi trabajo es absorberlo, y repetirlo en los ejercicios y exámenes. Si puedo hacerlo entonces he aprendido lo que necesito…y esta es la única manera en la que puedo aprenderlo”. Permitiéndole así contemplar un panorama diferente y más aplicativo de cada uno de los temas que se mencionan impulsando un nuevo método de estudio con un enfoque más centrado a un mundo laboral e investigativo .
Botella de Leyden
Que es La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador, siendo el antecesor de los condensadores actuales. Fue descubierta en 1746 por el holandés Pieter Van Musschenbroek, tras recibir, accidentalmente una descarga eléctrica de una jarra metálica llena de agua. El nombre le viene dado por el lugar en el que fue descubierto, la ciudad holandesa de Leyden. La primera botella de Leyden consistía c onsistía en una botella de vidrio semi llena de agua y tapada con un corcho atravesado en su c entro por una varilla metálica con uno de sus extremos sumergido en el agua. El primer experimento con ella era tratar de almacenar una gran cantidad de carga en una botella de agua. Para ellos un asistente sostenía la botella e n una
mano mientras la carga procedente de un generador electrostático era conducida hasta el agua por medio de una varilla metálica que tenía una forma de gancho en su parte superior y una cadena en el otro extremo. Cuando el asistente trato de sacar la cadena del agua con la mano sufrió una sacudida eléctrica que le dejo inconsciente. Un año más tarde el británico William Watson descubrió después de muchos experimentos que se podía reemplazar la mano que sostenía la botella por hojas metálicas de estaño que recubrían la superficie interior y exterior de la botella aumentando así la descarga. Años más tarde el inventor Benjamín F ranklin descubrió que para almacenar la carga eléctrica no tenía que tener necesariamente forma de botella, y probó con unos vidrios en paralelo que pasaron a llamarse los vidrios de Franklin. También observo que cuando la botella de Leyden se descargaba, e mitía una chispa y un pequeño chasquido. Interpreto que la chispa y el chasquido eran el paralelo entre el rayo y el trueno, y para comprobarlo realizo su famoso experimento de la cometa , en el cual en un día tormentoso elevo una cometa que tenía una punta metálica unida a un largo hilo de seda. Al final de este hilo había una llave atada, y cuando el rayo alcanzo a la cometa, la llave quedo cargada. Al descargarla vio que también producía chispas y algunos sonidos.
Que principios físicos involucra La botella de Leyden es un simple condensador, su capacidad es muy baja, pero al usarlo con generadores electroestáticos de elevada tensión adquirían suficiente carga para producir chispas al descargarla.
Como se construye Se puede construir una botella de L eyden casera con materiales muy sencillos como lo son: -
un carrete fotográfico
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papel aluminio
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tubo de PVC
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tornillo
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Alambre o clip para papel Se envuelve el recipiente con papel aluminio tanto interna como externamente cubriendo 2/3 del carrete junto con la base. Se perfora la tapa del carrete y se le introduce el tornillo, se asegura en la parte interior de la botella con un trozo de alambre o un clip de papel. Este alambre debe hacer contacto con la lámina interna del carrete. Luego se sujeta un trozo de cable en la parte de arriba del tornillo (a esta parte se le conoce como cepillo de colección). Como generador se utiliza un tubo de pvc que se frota con un paño o trozo de tela para generar electricidad estática. Para su funcionamiento se acerca el tubo de pvc al cable que está atado al t ornillo, mientras se realiza esto se debe frotar el tubo con el trozo de tela. El alambre que sale de la botella de Leyden es una conexión a tierra y por lo tanto si se sujeta la botella por la parte que tiene la lámina de aluminio no se recibirá una descarga.
Que aplicaciones tiene
Hoy en día la botella de Leyden se utiliza principalmente para demostraciones de los efectos de la electricidad, provocando descargas e léctricas. Sin embargo a través de la historia se usó la botella de Leyden para analizar si la electricidad podía tener aplicaciones médicas. Hubo intentos de aplicarla para curar la parálisis: “Si la electricidad puede hacer que se muevan los miembros activos, ¿por qué no
iba a hacer lo mismo con los m iembros paralizados?” pero también se empleó como cura para la gota, reuma, sabañones, diarrea, sordera, enfermedades venéreas e incluso las hemorroides. También se vio como la solución a todos los problemas sexuales. Electróforo de volta
Que es El electróforo de volta, redescubierto por Alejandro Volta, funciona aprovechando los fenómenos de influencia o inducción. Es un generador de electricidad e stática de tipo capacitivo formado por una torta de resina electrizable por rozamiento fundida sobre un molde de madera o latón y un c ondensador o capacitor de plato metálico simple de diámetro inferior al de resina con un mango aislante colocado e n su centro, operado manualmente a través de un mango aislante. El primer electróforo fue inventado por el físico sueco Johan Carl Wilcker. Tiempo después el científico italiano Alejandro Volta perfecciono y popularizo este dispositivo en 1775 .
Que principios físicos involucra Produce cargas electrostáticas mediante un proceso de inducción electroestática, el primero en su clase en transferir electricidad a otros objetos y generar electricidad estática.
Como se construye Cartón de unos 25 cm de diámetro (mejor si se usa un disco de alumínio o madera barnizada); hoja de papel alumínio; mango aislante (20 cm de tubo plástico de pvc); hoja de plástico gruesa (para empaquetar tapas de libros, etc.), prenda de lana Primero se recorta um disco de cartón con un diámetro de 25 cm. Se cubre una de sus caras con papel alumínio, antes se debe co locar en el cartón un pegamento como la clefa, sobrando cerca de 5cm en todo el contorno. Este exceso se dobla y encola en la otra cara (antes se hacen colos cortes necesarios para facilitar el doblez). Toda esta tarea no será necesária si se pudo conseguir el disco de alumínio. El papel de aluminio que se usa es el que viene ne rollos para cocina. Al centro de este disco y en el lado en que se dobló el sobrante del papel de aluminio se pega un tubo de plástico de unos 20 cm de longitud. El tubo puede ser fijado con pegamento u otros medios como tornillos de cabeza plana.
ProcedimIento El electróforo de Volta funcionará biem en dias secos. En c aso contrário se debe usar un sacdor de cabello, simplemente se sople aobre t odo el conjunto por un buen rato y luego se procedde a llevar a cabo el expeimento. Para operar el electróforo, se coloca la hoja de plástico sobre una mesa y se frota biem su superfície con un trozo de tela de lana, trozo de fieltro de un sombrero, etc. Se apoya el disco sobre el plástico, sujetándolo por el mango aislante. Co n el disco sobre el plástico, se toca el papel alumínio con el dedo. Esto permite el paso de la carga eléctrica del disco a nuestro cuerpo y a tierra.
Luego de retirar el dedo levantamos por el mango aislante, el disco estará cargado (electrizado) y su carga se podrá utilizar para realizar varios experimentos como: encender una pequena lámpara de néon (NE-2), producir pequeñas chispas, mover la aguja de um electrómetro, cargar una botella de Leyden, hacer girar un molino elétrico, atraer la esferita de un péndulo electrostático, curvar el chorro de agua que cae de una pileta, separar las hojas de un electroscopio etc.
Después de usar el disco en algún ex perimento, este se descargará. Para volver a cargarlo basta con colocrlo nuevamente sobre la hoja de plástico, tocar con el dedo el borde de alumínio y quietarlo de la hoja de plástico. No es necesário frotar la hoja de plástico, pues no pierde su carga (a menos que el ambiente este húmedo).
Generador de Van de Graaff
Que es El generador de Van der Graaff es una maquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca.
En 1931, en la universidad de Princeton, e l físico Robert Jemison Van de Graaff construyo la maquina electrostática que hoy lleva su nombre y que está basada en la propiedad de almacenar cargas eléctricas sobre la superficie de una esfera conductora. Se construyó principalmente con el fin de realizar exper imentos de física nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. El resultado de estas colisiones daba a conocer las características de los núcleos del material del blanco. El primer modelo fue exhibido en octubre 1929 y dos años después se creó un generador capaz de alcanzar diferenciales de potencial de 1 mega voltio.
Que principios físicos involucra El principio del generador de Van der Graaff es almacenar cargas eléctricas en un conductor por medio del frotamiento de. Esto se realiza por el movimiento de la corre a de goma impulsada por un motor que al efectuar el movimiento arranca cargas eléctricas de un conductor conectado a tierra y las transporta a la esfera conductora superior en donde se acumulan las cargas.
Como se construye
Un tubo de PVC
Se utiliza como material aislante.
Un rodillo de teflón
Utilizado como polea inferior, de material no conductor.
Banda de caucho
Se utilizará como banda transportadora y hará fricc ión con las poleas superior e inferior.
Cable gemelo
Se usan como cepillo en las poleas.
Motor de 12v
Se adjunta a la polea inferior para generar el movimiento.
Adaptador de 12v
Requerido para el funcionamiento del motor.
Fusible cubierto con tela
Utilizado como eje no conductor.
Base de madera o corcho.
Lata de aluminio
Se usará como conductor metálico hueco.
PROCEDIMIENTO DE ARMADO:
Para iniciar el armado del generador de Van Der Graaff se necesitan los materiales mencionados en esta página.
1.- Se empieza haciendo ejes para sostener el rodillo de teflón o usar algún elemento como eje, en un tubo de PVC.
Figura 1.
2.- Se tienen que hacer los respectivos huecos en la parte inferior para colocar el eje con el rodillo de teflón.
Figura 2.
3.- Cortar un pedazo de tubo, como una ventana para colocar alambre de cobre que hará fricción junto con el rodillo de teflón.
Figura 3.
Figura 4.
4.- Junto al eje de teflón se debe pegar el motor eléctrico para hacer el respectivo funcionamiento y también colocar la banda de caucho para el rozamiento.
Figura 5.
5.- En la parte superior del tubo se debe hacer dos huecos más por los que pasará el eje de la polea superior y que irá, también la banda de caucho para su respectiva fricción.
6.- Se necesita, además, un alambre de cobre en forma de escoba para la polea superior, se coloca muy próxima pero sin tocarla.
7.- Se asegura el cable en la parte superior sujetado con algún material.
Figura 6.
Figura 7.
8.- Se cubre la parte superior con una lata.
Figura 8.
9.- El generador esta listo. Se e nciende el motor eléctrico para o bservar su funcionamiento.
10.- Cortar papel normal o de servilleta e n pedazos muy pequeños y acercarlos a la lata, éstos serán atraídos por la lata cargada y se pegarán a la misma.
Que aplicaciones tiene Actualmente se aplica en la producción de rayos x, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.
Pila de volta.
Que es La pila de volta nació como resultado de una disputa entre Galvani y Volta. Galvani pensaba que la electricidad era de origen animal, mientras que volta creía que se producía por el contacto entre dos metales distintos. Intentando demostrar su teoría Volta utilizo dos discos de me tales distintos (cobre y zinc), poniendo entre ellos un papel o tela mojados en agua con sal. Volta apilo varias de estas celdas y formo una pila sumando de esta manera se sumaban los voltajes individuales de cada una de las celdas, a esta pila la llamo “órgano eléctrico artificial”
Que principios físicos involucra La pila de volta o pila voltaica funciona por la r eacción electroquímica en la que el cobre cede electrones a la disolución y el zinc gana electrones. Al mismo tiempo el zinc se disuelve y se produce gas hidrogeno en la superficie del cobre. La fuerza e lectromotriz de esta pila es del orden de un voltio por cada conjunto de discos, pero disminuye al envejecer ya que los discos de cobre se recubren de cloruro de cobre y las arandelas de zinc pierden su galvanizado.
Como se construye 16 discos de Cu de 2 o 3 cm de diámetro 15 discos de Zn de 2 o 3 cm de diámetro
30 discos de fieltro, o un tejido que empape, de 2 o 3 cm de diámetro. 50 cm de alambre grueso de Cu, en dos trozos Tubo de plástico rígido y transparente de un diámetro algo superior al de los discos 2 tapones de goma adecuados para cerrar el tubo de plástico. Se hacen dos perforaciones en los
dos tapones de goma,
Se introduce el hilo de cobre (Cu) en cada tapón y se suelda el de abajo a un disco de cobre. Se cierra por un lado el tubo de plástico y se van colocando alternativamente: disco de cobre (Cu) fieltro humedecido en disolución salina, disco de cinc (Zn), Cu, Zn Así hasta terminar con el de cinc (Zn) soldado al alambre que atraviesa el o tro tapón y que cierra el tubo por el otro lado. La pila empezará a funcionar en c uanto cerremos el circuito, lo que se observa conectando un polímetro a los dos terminales.
Que aplicaciones tiene En la actualidad no tiene otra aplicación que no sea de carácter educativo, sin embargo gracias a esta pila de pudo descubrir la electrolisis del agua y la descomposiciones de ciertas sustancias químicas. Debido a que sus componentes son altamente contaminantes y su potencial va disminuyendo rápidamente con el tiempo diferentes tipos de pilas que han demostrado ser menos toxicas y de mayor durabilidad la han remplazado.
Xerografía e impresora laser
Que es Xerografía (o electrofotografía) es una téc nica desarrollada por fotocopia Chester Carlson en 1938 y patentado el 6 de octubre de 1942. Recibió patente de EE.UU. 2.297.691 para su invención. La xerografía nombre vino de la griega xeros radicales (seca) y grafos (escribir), porque no hay productos químicos líquidos involucrados en el proceso, a diferencia de las técnicas de reproducción anteriores como cianotipia. Chester Floyd Carlson fue un físico estadounidense e inventor, nacido e n Seattle (Washington) el 8 de febrero de 1906. En 1938 dejó su trabajo en una firma de abogados de patentes para dedicarse a hacer realidad su idea: una fotocopiadora basada en un método desarrollado por él que más tarde se llamaría xerografía. El invento vio la luz el 22 de octubre de ese año aunque no fue comercializado hasta mucho tiempo después. En el despacho, Carlson era el encargado de copiar a mano centenares de documentos y patentes de la compañía, una ardua labor que su artritis y miopía convertían en dolorosa. El estadounidense comenzó así a obsesionarse con diseñar un aparato que pudiera copiar los papeles rápidamente, sin necesidad de utilizar máquinas fotográficas ni revelado.
Tras abandonar la empresa y consultar numerosos libros técnicos, utilizó el dinero de su propio bolsillo para pagar pruebas y experimentos con cargas e lectrostáticas y materiales fotoconductores, hasta que finalmente logró construir el primer prototipo de impresora basada en esta tecnología. Un año después, su máquina copiadora fue rechazada por empresas como IBM o General Electrics hasta que al fin, en 1947, una pequeña compañía que fabricaba papel fotográfico llamada Haloid se interesó por su invento y lo introdujo en el mercado con el nombre de Xerox. El calificativo, elegido por su creador, significa 'seco' en alusión a que la máquina no necesitaba ningún tipo de líquido para realizar su tarea. En 1961 la compañía pasó a llamarse Xerox Corporation en honor al producto que la ha convertido hoy en día en el mayor proveedor mundial de fotocopiadores de tóner, así como de todos sus accesorios. La xerografía e s además la base del funcionamiento de las actuales impresoras láseres.
Que principios físicos involucra Xerográficas (usan papel normal): 1º. El documento original es barrido por un rayo de luz intensa que proyecta la imagen sobre un tambor giratorio de superficie fotosensible (éste se carga electrostáticamente en correspondencia con la imagen). 2º. Sobre el tambor se distribuye un polvo pigmentado (tóner) que se adhiere a las zonas electrizadas (donde hay imagen), reproduciendo el escrito o dibujo original. 3º. La imagen así pigmentada es t ransferida del tambor al papel dispuesto en la fotocopiadora, el cual finalmente se calienta para fijar de modo definitivo el pigmento sobre la copia. Electrostáticas (usan un papel sensible especial): 1º. La imagen a reproducir se proyecta directamente sobre el papel, cuya superficie queda sensibilizada con cargas eléctricas. 2º. El papel se somete luego a un baño de tóner y las partículas se fijan en las zonas electrizadas de éste dando lugar a la copia definitiva.
Como se construye
Experimento de la gota de aceite de Millikan
Que es Se le denomina experimento de la gota de aceite de Millikan debido a que el físico estadounidense Robert Millikan realizo por primera vez en 1909 el experimento que le permitio medir la carga de un e lectrón. El experimento consistía en introducir en un elemento gaseoso, pequeñas gotas de aceite de un radio de un micrómetro. Estas gotas caían lentamente, con un movimiento uniforme con su peso, estas gotas se cargaban electrostáticamente al salir de un atomizador, debido a esto el movimiento de caída se veía alterado si se realizaba en un campo eléctrico vertical permitiéndole así a las gotas permanecer en suspensión.
Que principios físicos involucra Conociendo el valor de la masa de la gota, la intensidad del campo eléctrico y el v alor de la gravedad Millikan pudo calcular la carga de la gota en equilibrio, a lo cual observo que los valores de las cargas siempre eran múltiplo de una carga elemental que es la del electro por consiguiente pudo medir y determinar que la c arga eléctrica del electrón es de
Como se construye Este experimento solo puede ser realizado cumpliendo al detalle c on todas los materiales y utensilios que se utilizaron originalmente, ya que en el caso del aceite se usó un aceite que se usa normalmente en aparatos de vacío ya que se evapora más lento y de esa manera el experimento no se vería afectado como si sucedería con aceite común ya que el calor generado por la fuente de luz causaría que la masa de la gota de aceite cambiara al evaporarse. Respecto al uso del atomizador se puede observar que a veces la gota tendrá carga positiva y otras veces carga negativa indicando la adquisición o perdida de electrones por la fricción que e s realizada por el atomizador
Principio físicos en el funcionamiento del televisor.
Que es Las pantallas más antiguas se construyen a partir de un tubo de rayos catódicos. En este tubo, lo que hace es producir e lectrones que pueden viajar muy rápidamente a travé s de unas placas con campos magnéticos. Estas placas cambian la dirección de los electr ones, unas en la dirección horizontal y otras en la vertical. De esta manera se puede controlar en qué lugar de la pantalla caen los ele ctrones. La pantalla está cubierta de un material fosforescente (fósforo) que tiene la propiedad de emitir luz c uando un electrón choca en ella Junto a las sustancias fosforescentes también hay plomo para bloquear los rayos X y proteger al usuario de sus efectos. dichas sales son impactadas por electrones que son emitidos por una lampara especial en el fondo de e ste tubo cerrado, que es denominada cañón. los electrones son conducidos hacia el lugar correcto gracias una especie de imanes que son controlados por el circuito eléctr ico. Luego de impactar los electrones e n el fósforo el mismo queda "excitado", lo que lo lleva, luego de un tiempo, a emitir fotones, que son luz propiamente dicha.
El dibujo de la imagen se genera punto a punto, dibujando líneas horizontales sucesivas. Debido a la gran velocidad en la que son disparados los electrones este proceso es imposible de ser percibido por el ojo humano. Los tubos de rayos catódicos hacen que los televisores se an pesados debido a la gran cantidad de cristal que tienen. Utilizados en televisores de gran pantalla los tubos de rayos catódicos son relativamente ineficientes. Con el desarrollo de nuevas te cnologías fue posible fabricar televisores más ligeros, más delgados y con imágenes de mayor resolución.
Que principios físicos involucra Entre los años 1898 a 1903, el físico inglés J. J. Thomson , realizó el primer experimento interesante que condujo a un modelo sobre la composición de los átomos. Estudió la descarga eléctrica que se produce dentro de tubos al vacío parcial(algo de aire ), llamados Tubos de Rayos Catódicos. El aire enrarecido sirve para que, si alguna partícula pequeña se desplaza y choca una molécula de Nitrógeno u Ox ígeno, se produzca una iluminación en la dirección del flujo de partículas de modo que pueda ser identificado. Thomson encontró que cuando un voltaje suficientemente alto (proveniente de una pila o bobina) era aplicado entre los electrodos , un rayo que el llamó rayo catódico (porque comenzaba en el electrodo negativo de la pila), se producía. Este rayo viajaba hacia el electrodo (+) por lo que dedujo que se trataba de un flujo de partículas repelidas por el electrodo (-) que necesariamente significaba que eran partículas car gadas (-) atraídas por el electrodo (+) y que llamó desde entonces electrones e- . Thomson pudo encontrar la razón carga /masa para el electrón midiendo la desviación del haz de electrones aplicando campos magnéticos ( Imán, simplemente) y elé ctricos, logrando como resultado que: Donde la carga del electrón se mide en coulombs y es la masa del electrón en gramos.
Como se construye
Que aplicaciones tiene El tubo de rayos catódicos es un dispositivo de visualización utilizado principalmente en pantallas de ordenadores, televisiones y osciloscopios, aunque en la actualidad se tiende a ir sustituyéndolo paulatinamente por tecnologías como plasma, LCD, etc.
Capacitores
Que es Son como una pequeña batería. Aunque trabajan de maneras totalmente diferentes, las baterías son capaces de almacenar energía eléctrica pero dentro de estas ciertas reacciones químicas producen electrones en un terminal y en el otro terminal son absorbidos. Mientras que un capacitor o condensador actúa de una formas más sencilla ya que no puede producir electrones solo los almacena.
Se componen de dos superficies conductoras, llamadas armaduras, puestas una enfrente de otra y aisladas entre si por un material aislante que se llama dieléctrico, La capacidad de un condensador viene determinado por la superficie que tiene las armaduras y la distancia entre ellas, así se obtendrá mayor c apacidad con una armadura más grande y un dieléctrico muy delgado. Que principios físicos involucra Este dispositivo está formado por dos placas conductoras cuyas cargas son iguales pero de signo opuesto. Básicamente almacena energía en forma de campo eléctrico. Su función principal es almacenar cargas eléctricas entre sus placas eléctricas de forma instantánea y liberarlas de la misma forma en el preciso momento que se requiera. Como se construye -2 tiras de cinta adhesiva 2tiras de papel aluminio Papel parafinado 2 trozos de cable Primero se coloca una tira de cinta adhesiva, un trozo de cable, una placa de aluminio y papel parafinado Luego se coloca la otra tira de aluminio, el trozo de c able y el adhesivo Por último se enrolla y queda listo el capacitor Que aplicaciones tiene Arranque de motores Filtros en circuitos de radio y TV. Fuentes de alimentación. Osciladores de todos los tipos. El flash de las cámaras fotográficas. Tubos fluorescentes. Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.
Lista de imágenes, bibliografía y enlaces utilizados
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