Máquinas electrostáticas electrostáticas Huaroma Yngrid; Flores Macarena; Córdova Leonardo; Aguirre Rodrigo; Bermudez Diana; Conislla Fabiola; Cruz Evelyn Universidad Cesar Vallejo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Ambiental Feca de en!rega del in"orme# $% de abril de &'$(
Resumen El )resen!e in"orme !iene como "inalidad es! udiar y describir de "orma e*)erimen!al el "uncionamien!o de las m+,uinas elec!ros!+!icas- .na m+,uina m+,uina elec!ros!+!ica convier!e el !raba/o !raba/o mec+nico en energ0a el1c!rica 2elec!ricidad es!+!ica34 u!ilizando como "uen!e la "ricción o energ0a el1c!rica e*!erna4 es!a energ0a ser+ de)osi!ada en dos )ar!es de a)ara!o4 y generaran al!0si mas !ensiones con una muy )e,ue5a in!ensidad de corrien!e- Como e/em)los claros de generadores el1c!ricos se u!ilizaros dos# la m+,uina de 6imsurs! y el generador de 7an der 8ra""- 9or :l!imo se llegó a la conclusión de ,ue es!as m+,uinas son de gran u!ilidad en el es!udio de la elec!ros!+!ica y ac!ividades indus!riales4 )ara ello es necesario conocer su )rinci)io de "uncionamien!o Palabras claves:
Wimshurst, Van Van der Graff, Electrostatica
1. Intr Intro oducció cción n
de un cam)o el1c!rico y una di"erencia de
Desd Desdee la inve invenc nció ión n de los los gene genera rado dore ress
)o!encial ,ue )ueden alcanzar valores muy
elec!r elec!ros! os!+!ic +!icos4 os4 creció creció m+s el in!er1 in!er1ss )or
elev elevad ados os 2M1n 2M1nde dez4 z4 &'$& &'$&33- Aun as0 as0 la
es!udiar los "enómenos de la elec!ricidad y
elec!r elec!rici icidad dad elec!r elec!roes oes!+! !+!ica ica no cons!i! cons!i!uye uye
el magn magne! e!ism ismoo- 8rac 8racia iass a es!o es!oss se )udo )udo
alg:n )eligro )ara el ser umano4 ya ,ue la
es!udiar y en!ender m+s la "acilidad con la
in!ensidad de corrien!e es muy )e,ue5a-
,ue se )uede )uede genera generarr energ energ0a 0a el1c!r el1c!rica ica a !rav1s de di"eren!es m1!odos- Los )rimeros generadores de energ0a "ueron la m+,uina de 6imsurs! y el generador de 7an der 8ra""4 convir!iendo el !raba/o mec+nico en energ0a el1c!ricain
duda
cual,uier
)ersona
a
el1c!rica4 )or e/em)lo si "ro!amos una barra de vidrio con un !rozo de !e/ido de seda4 la barra ad,uiere la )ro)iedad de a!raer los !rozos de )a)elelec elec!r !ric icid idad ad
es!+ es!+!i !ica ca
cons cons!i !i!u !uy ye
un
dese,uilibrio !ransi!orio en la dis!ribución de
carg cargas as
)or )or
grie griego goss obse observ rvar aron on ,ue ,ue al "ro! "ro!ar ar un )edazo
de
+mbar4
)od0an
a!raerse
)e,ue5os ob/e!os4 )ero no "ue as!a
e*)e e*)erim rimen en!a !ado do alg:n alg:n !i)o !i)o de desc descar arga ga
La
2. Fund Fundam amen ento to Teóric órico o !" Electr Electros ost#ti t#tica ca Desd Desdee ya ace ace cen! cen!en enas as de a5os a5os44 los
!rans rans"e "ere renc ncia ia
en!r en!ree
la
su)e su)er" r"ic icie ie de dos dos elem elemen en!o !oss o medi medios os su"icien!emen!e )ró*imos4 con la creación
$<<' $<<' ,ue ,ue el "0sic "0sico o 6illia illiam m 8ilb 8ilber er!4 !4 desc descub ubri rió ó
,ue ,ue
dic dico o
"enó "enóm meno eno
de
a!racción se deb0a a la in!eracción ,ue se e/er e/erc0 c0aa
en!r en!ree
dos dos
carg cargas as
el1c el1c!r !ric icas as
es!+!icas de di"eren!es signos; llamando as0 a es!e "enómeno# elec!ros!+!ica! Generador Generador de de Wimshu Wimshurst rst Es una m+,uina elec!roes!+!ica ,ue "ue inven! inven!ada ada )or =ames =ames 6imsur imsurs! s! en!re en!re $>>' y $>>% con el "in de generar al!os vol!a vol!a/e /ess- u "unc "uncio ionam namien ien!o !o se da al 1
girar el manubrio ya ,ue ambos discos con!ra?ro!a!ivos !ienen sec!ores de me!al
M+,uina de 6imsurs! Ma,uina elec!ros!+!ica4
)egado a es!os4 dicos sec!ores rozan
conver!ir
con unas escobillas )roduci1ndose as04 inicial4
el1c!rica 8enerador de 7an der 8ra"" Es una m+,uina elec!ros!+!ica ,ue
elec!riz+ndose los discos- Ya ,ue las
u!iliza una cin!a móvil )ara acumular
cargas son con!rarias4 al )asar )or los
grandes can!idades de carga el1c!rica
)eines
su
en el in!erior de una es"era me!+lica
elec!ricidad
uecaCondensador on elemen!os ca)aces de almacenar
•
•
)or
inducción4
son
una
carga
a!ra0das
neu!ralización
con
)ara
la
con!raria4 ,uedando as0 cargados4 uno
•
con carga )osi!iva y el o!ro con carga nega!iva4 energ0a
)udi1ndose al
aumen!ar
comunicarla
con
mec+nica
de en
energ0a el1c!rica4 cons!an de & )lacas
la
conduc!oras
dos
condensadores&-% 8enerador de 7an der 8ra"" Es!e generador se basa en "enómenos
energ0a
ca)az
• •
se)aradas
)or
un
ma!erial diel1c!rico Cables conec!ores Cable de e*!ensión
)or elec!rización )or con!ac!o y en la
$! 'rocedimiento (ara la obtenci)n de
inducción de cargas4 cre+ndose as0 el
datos M+,uina de 6imsurs! e )rocede a colocar la m+,uina de
e"ec!o
)or
un
cam)o
in!enso4
y •
asoci+ndose a la gran densidad de carga en las )un!as- Fue cons!ruido )or Rober! =- 7an der 8raa"" en $@%$4 y en realidad es un elec!ró"oro de "uncionamien!o con!inuo- El re)elerse las cargas de igual signo4 es lo ,ue ace ,ue es!as ocu)en !oda la su)er"icie a
dis)osición-
Y
al
colocarlas en una es"era
6imsurs! sobre la mesa4 se colocan las )un!as conec!oras a una cier!a dis!ancia y se )rocede girar la manivela ,ue se encuen!ra ubicada en la )ar!e )os!erior- Lo ,ue se )odr+
observar
a)arición
de
ser+
la
cis)as4
)roducido )or la "icción en la m+,uina de 6imsurs!
ueca4 se ar+ ,ue es!as cargas
migren
r+)idamen!e
a
la
su)er"icie de es!a4 )ero con!eniendo en la )ar!e in!erna
un
cam)o
el1c!rico nulo4 res)e!+ndose as0 la Ley de Faraday-
3. Detalles experimentales $!" %ateriales & metodología 2
nega!ivamen!e4 es )or ello ,ue se van
Fig. 1 Máquina de Wimsurst •
a re)elar en!re ellas-
9ara una &da e*)eriencia "ormaremos un circulo !om+ndonos de las manos4 a la vez se coloca a una de las )un!as conec!oras un cadena de me!al- El cual ser+ su/e!ada )or com)a5ero mien!ras ,ue el o!ro e*!remo ser+ su/e!ado )or o!ro com)a5ero- Al momen!o de crear la "ricción al acer girar la manivela de )roducir+ una can!idad de descarga de vol!ios4 el
•
cual lo sen!iremos9ara nues!ro
:l!imo
Fig. 3 "uerpos Repelados
caso4
colocaremos un !rozo de cable )or
•
En
nues!ra
segunda
e*)eriencia4
uno de las )un!as conec!oras4 el cual
necesi!aremos la colaboración de una
)roducir+ un molino de vien!o debido
com)a5era- La cual4 se subiera sobre una
a la in!eracción con las mol1culas del
silla de madera 2no conduc!or3- .na vez
aire y las cargas )roducidas )or la
,ue
m+,uina de imsurs!-
com)a5era a)oyara su mano sobre la )ar!e
el
generador
es!1
lis!o
nues!ra
su)erior del generador- e observar+ ,ue su cabello se eleva4 es!o es debido ,ue ella va a ad,uirir la misma carga del generador )roduciendo ,ue su cabello se re)ele en!re s0 y se eleve-
Fig. 2 Molino de !iento
•
8enerador de 7an der 8ra"" 9ara nues!ra )rimera e*)eriencia con el generador de 7an der 8raa"4 )rocederemos colocarlo
a
sobre
encu"arlo la
mesa
y de
labora!orio- .na vez ins!alado el generador
vamos
a
)roceder
a
colocar boli!as de !ecno)or- Los cuales
em)ezaran
a
!ener
Fig. # $enerador de %an der $raa&
un
movimien!o debido a ,ue se cargan
3
#. Resultados a! An#lisis de datos
inducción
elec!ros!+!ica4
Alumnos de la Facul!ad de
adem+s observaron ,ue
Ciencias de la .niversidad
cam)o el1c!rico se com)or!a
acional
Colombia
de acuerdo a la )osición y
realizaron una demos!ración
geome!r0a de las "uen!es de
del
carga- Adem+s o!ros alumnos
de
"uncionamien!o
generadores
de
el1c!ricos4
de
la
misma
el
universidad
icieron uso de la m+,uina de
concluyeron ,ue la a!racción y
6imsurs! y llegaron a la
re)ulsión en!re cargas se debe
conclusión ,ue 1s!a es una
a la )resencia del cam)o
ma,uina ca)az de conver!ir
el1c!rico-
energ0a mec+nica en energ0a el1c!rica
)or
medio
de
'. "onclusiones •
•
La m+,uina de 6imsurs! es ca)az de
.sar
conver!ir energ0a mec+nica en energ0a
mani)ular ma,uinas ,ue )roducen yo
el1c!rica )or medio de inducciónEl "uncionamien!o de la m+,uina de
almacena energ0a es!+!icaener conocimien!os )revios al usar
6insur!4
claramen!e
ma,uinas ,ue usan elec!ricidad es!+!ica
)rinci)ios b+sicos de la elec!ros!+!ica4
en su "uncionamien!oAl momen!o de e*)erimen!ar la energ0a
mues!ra
como la e*is!encia de cargas el1c!ricas4
•
al
a!racción de cargas o)ues!ase concluye ,ue el generador 7an der
necesario
vol!a/es muy elevados4 generando una carga in!ensa y )osi!ivaLas m+,uinas de elec!ros!+!icas4 generan elec!ricidad es!+!ica4 )roduciendo al!as !ensiones4 con muy )oca corrien!e el1c!rica(.
•
seguridad
en la m+,uina de 7an der 8ra""4 es
"0sica4 ya ,ue es!e )uede )roducir
•
de
la re)ulsión de cargas iguales o
8ra"" es un a)ara!o muy :!il en la
•
elemen!os
D"gd"g Hg"gd"gd"g
•
). *. Recomendaciones
no
!ocar
la
base
del
2&(
de
generador+. 1,. Re&erencias -iliográ&icas 11. $
Anilandro4
A-
agos!o&'$&3-Cons!rucción de la m+,uina de 6imssurs!- *a +ed de Anilandro-
c
Recu)erado
de
!!)s#si!es-google-comsi!eanilandro'%<& &?imsurs! 12. & 8onz+lez4
7-
2$@@<3- Física
Fundamental - 2%G ed-3- M1*ico# 9rogreso 13. % 9urcell4 E- 2&''(3- Elec!ricidad y magne!ismo- 2&G ed-3- Barcelona# Rever!1 1#. M1ndez4 B- 2&'$&3- Elec!ricidad es!+!ica# carga
y
descarga-
Recu)erado
de# 4
!!)#-ins!-esIns!6ebCon!enidosD
2+.
ocumen!acionFicasecnicas9Ficero
$@
A
s%'$a''n!)J%K-)d" 1'. 1(. 1). 1*. "uestionario >-$ u1 e"ec!os )roduce la cis)a en los +!omos de aireN 1+. R. / Al
mm de dis!ancia la longi!ud el1c!rica es de @ cm 3,.
es!ar e*)ues!o la
cis)a de la m+,uina de 6imsurs! al
31.
aire 2+!omos de aire3 )roducen un olor 32.
nauseabundo ,ue es!+ com)ues!a )or ozono 2O %3 ,ue resul!a ser da5ina4 y ,ue
adem+s
es
33.
)ercibido )or el
em)leador de la m+,uina ,ue a un largo )eriodo
3#. 3'. 3(.
de absorción )uede
)roducir una en"ermedad maligna2,. >-& Deben girar los discos siem)re en
>-
sen!idos o)ues!osN 9or ,u1N 21. R. / i4 )or,ue debido al giro
E*)li,ue
el
)rinci)io
"uncionamien!o de un "luorescen!e 3). R. / El "luorescen!e es un !ubo cil0ndrico de cris!al recubier!o casi
o)ues!o4 cada conduc!or siem)re
siem)re de "ós"oro4 el cual es!+
recoger+4 )or in!ermedio del )eine4 la
com)ues!o )or la reac!ancia4 ,ue es
misma elec!ricidad22. >-% Debido a ,u14 la cis)a no se )roduce )ara
cual,uier dis!ancia
en!re
las
de
una bobina con n:cleo de ierro; el cebador4 el cual se encarga de encender el "ilamen!o del "luorescen!e y el
es"eri!as e indi,ue la dis!ancia donde la
condensador- Al a)licar !ensión al
cis)a es con!inua23. R. / Debido a ,ue las cis)as
circui!o4 el cebador al !ener cerrado el
se )roducen de acuerdo a la dis!ancia
"ilamen!os ,ue se encuen!ran en las
de los sec!ores de los discos- Adem+s
)un!as de los !ubos4 generando as0 ,ue
la
el gas del in!erior del !ubo se ionice4
cis)as son con!inuas a una
con!ac!o ace ,ue se enciendan los
dis!ancia de & cm a %-( cm sin
,uedando el cebador desconec!ado al
im)or!ar la dis!ancia de los sec!ores de
circular corrien!e; el )a)el de la
los discos- 9or e/em)lo# A $$ mm de
reac!ancia es ,ue ac!:a )ara generar un
dis!ancia la longi!ud el1c!rica es de & a
)ico de !ensión encendido y limi!ar la
&-( cm 2#. 2'. 2(. 2). 2*.
corrien!e3*. >-( i una )ersona se a0sla de !ierra y acerca su brazo a la es"era los bellos se erizan 9or ,u1N 5
3+. R. / 0DI #,. >-< ocando la cone*ión a !ierra4 9or ,u1 los elec!rones )re"ieren )asar )or el alambre ,ue )or la )ielN #1. R. /0DI #2. >-K eg:n el e*)erimen!o realizado u1 !i)o de carga )osee el 7an de 8ra"" y la ma,uina 6imsurs!N #3. R. / ##. es!ar+n
Las dos
escobillas4
la
mi!ad
!iene
carga
nega!iva ,ue se almacena en una de las bo!elli!as de Leyden y la o!ra mi!ad es de carga )osi!iva ,ue se almacena en la o!ra bo!elli!a',. '1. '2. >-> abiendo ,ue el m+*imo cam)o ,ue se )uede alcanzar en el aire es de
m+,uinas siem)re
cons!i!uidas
)or
di"eren!es
cargas4 )osi!iva de un lado y nega!iva del o!ro- La m+,uina 7an der 8ra"" !iene las dos cargas y su ubicación de)ende del ma!erial ,ue la cin!a es!e eca-
9or
e/em)lo
si
la
cin!a
!rans)or!adora es de un ma!erial con carga nega!iva 2?3 en!onces la es"era me!+lica se cargar+ nega!ivamen!e ya ,ue la )olea ace ,ue es!a carga se !rans)or!e )or medio de la cin!aAdem+s los rodillos o )oleas !endr+n carga o)ues!a 2P3#'. #(. #). #*. #+.
%'''' 7cm; u1 )o!encial alcanza el casco si la cis)a de descarga es de una longi!ud de cm-N 53.
R. /
E=30,000
v V =? q =? d =4 cm cm
54.
A
s
E=
0
KQ d
2
9
⟶
30,000 =
9∗10 Q 2
4
Q =5.333∗10
10
55.
KQ 9∗10 V = ⟶ V = d
9
10
5.333 ∗10
∗
4
V
'(. >-@ Mencionar % casos en los ,ue observa los e"ec!os de la elec!ros!+!ica en la vida diariamismo4 el generador de 6imsurs! !ambi1n
es!+
divido
)or
cargas
dis!in!as- La división la marca las
•
'). R. / i caminamos descalzos duran!e buen !iem)o sobre una al"ombra al 6
2
1.2∗10
=
!ocar un ob/e!o me!+lico como la
•
•
odos noso!ros emos no!ado al
ca)a de la )uer!a se sien!e un
)einarnos ,ue el )elo ,ueda a!ra0do
)incazo
)asara
)or el )eine- El mismo "enómeno de
elec!ricidadAl coger un globo o acer "ricción
a!racción se observa al desenvolver
como
si
sobre 1l se observa como los )elos
un ar!0culo cubier!o con )a)el de celo"+n-
resul!an a!ra0dos a es!e ob/e!o-
'*. '+.
60.
7
