La Máquina de Winshurst en accion (video)

 He modificado un poco el diseño porque me saltaban chispas entre las secciones como asi tambien en las "garrafas" de desodorante, Los resultados resultaron bastante favorables, casi ya estoy conforme con mi Wimshurst, esta produciendo arcos del orden de los 4 cm, pueden ver en la sección fotos la nueva estructura que sostiene a los colectores y ademas he dejado las garrafas de Leyden sueltas para probar nuevos materiales, además para sacarlas en casos de presentaciones con alumnos, no olvidar que son capacitores con altísimo voltaje y muy alta corriente, una descarga eléctrica con los mismos puede ser muy peligrosa (fibrilación cardiaca)
Incluyo otro video

  

Las escobillas de nicromeArco de 20 mmSe ha modificado el soporte de los coelctoresLa Garrafa de Leyden  esta sueltaVista superior de los terminales de una manija de ventana antiguaEl arco de 4 cm
 

La máquina de Wimshurst casera

Se parte de dos discos de acrílico de 20 cm de diámetro, concéntricos con él llevan pegados unas poleas de 3.5 cm de diámetro. Como estos discos deben girar es conveniente colocarle algún buje metálico, para ello pueden usarse las válvulas de inflado de neumáticos de bicicleta.

Cada disco llevará pegados con cianoacrilato 20 sectores de chapa de aluminio que pueden cortarse de latas de gaseosa de unos 4 cm de largo por 1,4 cm en su parte más ancha, en forma de lágrima, con todos sus bordes redondeados, la separación de un sector con el otro debe ser tal que entre ambos entre otro sector.

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Por otra parte se fabricaran con el mismo acrílico dos poleas más de 7 cm de diámetro que irán solidarias a una manija.

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El soporte irá sobre un trozo de fibrafácil de unos 30 x 30 cm y estará construido en acrílico también, aunque puede hacerse con madera bien seca y barnizada.

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El juego de poleas inferior solidarios con la manivela

Para los colectores se usó caño de cobre y para un perfecto aislamiento se usaron tubos de vidrio.

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Las barras neutralizadoras son de alambre de cobre gruesa y las escobillas son pequeños resortes de alambre de nicrome de la resistencia de un viejo secador de cabellos, estas escobillas hacen contacto físico con los sectores

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Las jarras de Leyden fueron fabricadas con sendos tubos de aluminio provenientes de unos desodorantes. El propio tubo hace de armadura interna, luego se envuelven sobre el mismo unas 7 u 8 vueltas de acetato transparente, el de tapas de carpeta y sobre este va la segunda armadura que es un trozo de aluminio del que se usa para cocinar al horno de 4,5 cm de ancho. En el siguiente diagrama puede verse como se dispone el capacitor aislándolo con acrílico

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Los electrodos son de bronce, de un viejo picaporte, en esta imagen pueden verse las dos correas que hacen girar los platos, una esta cruzada para que giren uno en cada sentido.

Para entender mejor el funcionamiento agrego este esquema y una explicación breve de cómo trabaja la máquina

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Esta es una máquina electroestática de influencia que genera alta tensión en dos terminales esféricos (F) donde se producen las chispas. Consiste en dos discos (A-B) de material aislante electrizable soportados sobre un mismo eje muy próximos uno del otro, donde el sentido de giro es opuesto entre ambos, girando la manivela. En la parte externa de cada disco hay colocadas pequeñas láminas ó sectores (A1-B1) de aluminio con terminaciones redondeadas o de otro material conductor formando entre ellas un patrón simétrico a lo lago de la circunferencia de cada disco. Estas tiras se electrizan por inducción (influencia) y las cargas generadas serán recogidas por colectores (G-H) los cuales están conectados a los terminales de descarga (F) que a su vez estarán potenciados por garrafas de Leyden (J). A su vez el dispositivo lleva por cada disco una barra neutralizadora (C1/C2 – D1/D2) que cortocircuita mediante peines de contacto o sistema similar dos tiras conductoras opuestas en dicho disco.

A grandes rasgos, la carga es generada cuando las láminas metálicas entran en contacto con los “peines” de la barra estabilizadora, donde una de la láminas pierde electrones y la lámina del extremo contrario los gana a través de dicha barra la cual es de material conductor, entonces tenemos una lámina positiva y la opuesta negativa. Esto se hace con los dos discos en rotación opuesta donde las dos láminas que tenemos cargadas se alinean con otras dos en el disco opuesto induciendo cargas opuestas. Al final la máquina está funcionando como doble electróforo de Volta en cada disco. En los laterales de los discos hay también dos colectores de carga en forma de “puntas” los cuales no están en contacto físico con los discos, los cuales se encargan de recoger uno cargas positivas y el otro colector cargas negativas, a su vez estos colectores se conectan a las barras de descarga potenciadas por garrafas de Leyden. La máquina normalmente arranca sola al girar la manivela porque siempre existe un desequilibrio natural en las cargas existentes en los discos sobre todo si se utilizan diferentes metales en las láminas ó sectores y en las barras neutralizadoras.

Diez experimentos con el Van Der Graaff

 Diez experimentos con el GVG

 

  1. Efecto de carga de pequeños cuerpos y posterior repulsión de los mismos.

  Se cortan pequeños trozos de papel de aluminio los que son colocados cobre la esfera del generador, luego se le da marcha y se produce un efecto como de erupción de un volcán

Otra forma es colocando moldecitos de aluminio para tarteletas apilados, a medida que se van cargando de a uno se van despidiendo.

  Otro experimento sencillo y que causa impacto en los alumnos consiste en colocar un trozo de papel higiénico cortado en flecos pegado con unas cintas adhesivas.

  Una variante del experimento anterior consiste en cortar un mechón de pelos de unos 20 cm de largo, en el medio sujetarlo con un alambre rígido el es puesto en contacto con la esfera y pegado a la misma con cinta.

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  2. Carga de condensadores de alta tensión

  El experimento es interesante pero debe ser realizado solo por el profesor y no permitir que los alumnos lo hagan, los condensadores por inofensivos que parezcan se cargan con gran cantidad de corriente (amperes) y si uno toca las dos placas puede provocarle hasta una fibrilación cardiaca, como anécdota, accidentalmente toque un condensador (el mismo de las fotos) y la descarga me dejo atontado por un rato,  hay cierto tipo de armas de defensa personal que se basan en esto.

Se acerca el condensador a la esfera  hasta hacer contacto con la misma luego con un cable se muestra la chispa de descarga entre las dos placas. También se puede acercar a un electroscopio que marcara la presencia de carga eléctrica.

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  1. Viento iónico

  Hay una forma muy sencilla de comprobar este fenómeno, se pega con cinta una aguja metálica a la esfera y se acerca una vela encendida, se verá el desplazamiento de la llama, Este experimento puede provocar la ionización de todo el ambiente y si una persona esta aislada cercano a la punta  se carga eléctricamente y si toca a otra le provocara una pequeña descarga (inofensiva) es propicia para amenizar la clase. También si se esta en un lugar oscuro puede hacer parpadear los tobos fluorescentes por ionización del gas.

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  1. Motor iónico

  Es un experimento sencillo que causa impacto, es una aplicación del experimento anterior, se corta un huso de aluminio en el centro se coloca algún soporte para que pueda girar libremente y se doblan las puntas una hacia arriba y la otra hacia abajo. Luego se afirma una aguja en forma vertical sobre la esfera y en el extremo se coloca la hélice, se da marcha al generador e inmediatamente de produce el movimiento.  

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  1. Descarga de chispas (rayos)

  Este fenómeno conviene realizarlo en un ambiente algo oscuro ya que se visualizara además el plasma electrónico. Se toma con una pinza un objeto de bastante masa algo esférico, yo utilizo una manija de bronce antigua. Dependiendo de la diferencia de potencial (voltaje) que alcance el GVG al acercarlo podemos obtener chispas de 10 a 20 cm de largo, también hay que tener en cuenta que la humedad del ambiente influye, la pinza debe sujetarse fuertemente para no sentir algún cosquilleo

  También se pueden logar chispas largas acercando un tubo fluorescente esto también ionizara el gas del tubo.

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  6. Carga de una persona

  Este experimento es el que mas impacto causa entre los alumnos, para tener éxito en esto debemos “afilar” muy bien el generador. Debemos buscar una persona de poca masa muscular cabello largo fino y limpio. Lo hacemos subir a una plancha de telgopor medio gruesa y le hacemos tocar la esfera con el gvg apagado y descargado luego lo ponemos en marcha y OHHHHHH!!!!!!!

Pelos de punta

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  1. Inducción y campo eléctrico

  El campo eléctrico es muy simple de verificar paseando por las cercanías de la esfera un electroscopio, se verán las plaquitas mas o menos separadas de acuerdo a la intensidad. La inducción la podemos verificar tocando un cuerpo aislado con la esfera y luego acercarlo al electroscopio. Podemos aislar nuestro cuerpo subiendo a placa de telgopor tocar la esfera con la pinza y la manija de bronce del experimento 5 luego levantamos la manija y sin bajar del aislante tocamos el electroscopio, o algún alumno puede acercar el electroscopio a nuestro cuerpo verificando el campo

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  1. Jaula de Faraday

  Se construye con tejido mosquitero metálico una especie de jaula en cuyo interior se coloca un electroscopio, luego se acerca el conjunto al GVG y se constata que el electroscopio no acusa carga, luego se hace el mismo experimento sin la jaula y se comprueba que las plaquitas se distancian.

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  1. Campanas de Franklin

  Se fabrica un dispositivo con dos latas de gaseosa una lapicera plástica y un péndulo hecho con un cabello y uno de los anillitos de apertura de las latas (ver figura) a una de las latas se la conecta con un cable a la esfera y a la otra con un cable a tierra, es hecha a andar el generador provocando un golpeteo del péndulo contra ambas latas varias veces por segundo.

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  Aqui una variante un poco menos rústica

     

 

     10.  Fotos Kirlian

  Esto es algo mas taquillero que aplicación pero puede hacerse sin problemas, en un cuarto oscuro con una tenue luz (foco de 15W recubierto de papel celofan rojo) se hace un sanwich con una hoja de vegetal verde recién cortada atado a su pedúnculo un cable a tierra, luego papel fotográfico blanco y negro con el lado sensible hacia la hoja verde y por último un soporte de acrílico o algún aislante largo que podamos acercar al GVG, ponemos en marcha el generador y acercamos el paquete , veremos una corona eléctrica alrededor de la hoja, revelamos y listo 

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Modificaciones al generador de Van Der Graaff

Mejoras al generador de Van Der Graaff casero

 

Como era de esperar, no me conforme con las chispas de 7 cm y eso sumado a que mi generador no le movía un pelo a nadie, decidí modificarlo. Debo agradecer la invalorable ayuda del foro de www.cientificosaficionados.com  donde me dieron varias ideas. Lo primero fue alargar el soporte, estaba hecho de unos 30 cm de altura y  lo llevé a unos 65 en total contando la altura de la esfera, como el motor de extractor no me convencía porque tiene unas 2000 vueltas y me parecía poco, lo cambié por uno de licuadora con carbones, que levantan muchísimas rpm, tuve que poner un dimmer para controlar esas vueltas porque no había correa que aguantara, en la foto se ve el dimmer en una caja verde con una perilla de control. El siguiente problema a resolver fue la correa porque el látex de las bombachas de bebe no aguantaba, así es que probé con un material que se llama gomaeva o foami, viene en planchas como si fuera una cartulina y es fantástico para trabajar, se corta bárbaro con la tijera y se pega perfectamente con “La gotita”, también fue preciso resolver el tema del rodillo superior, saqué de una impresora de desguase un rodamiento chiquito después lo forré con cinta de teflón, haciéndolo mas gordo en el medio de esa forma la correa no se desplaza para los costados, el rodillo de abajo es de pvc concéntrico con el mismo, un tubo de vidrio, como no daban bien las medidas enrollé cinta de enmascarar hasta que entró apretado, en la foto puede verse este rodillo directamente montado con el eje del motor.

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Los montajes del motor fueron hechos con un viejo mecano de mi hijo lo mismo el  soporte que hace contacto con la esfera. Una cosa importante, es preciso limpiar perfectamente el tubo de PVC por donde circula la correa,  yo había lubricado el rodamiento superior y la correa había dejado una marca a un costado por donde se escabullían las cargas y el aparato rendía muy poco. También fue necesario cubrir con cinta aisladora todo el borde, donde el sifón de acero inoxidable sufrió la cirugía con la amoladora, el efecto corona se hace importantísimo y se esfuman las cargas.

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Después de todas estas mejoras las chispas son de alrededor de 20 cm y logré electrizar personas.

Generador de Van der Graaf Casero

FISICA

ELECTROSTATICA

 

Estaba preparando la unidad de electrostática para segundo año y me preguntaba como hacer para motivar a mis alumnos, insensibilizados ante tanta tecnología y se me ocurrió armar un generador de Van Der Graaff que aunque no tuviera grandes dimensiones pueda despertarlos a la curiosidad.

En internet encontré un prototipo hecho con una lata de gaseosa, un motorcito de juguete y unos caños de PVC, esa tarde lo armé con materiales que tenía en casa, después de renegar un poco lo pude hacer cargar, largaba unas chispas de 6 o 7 mm, suficiente para despertarme a mi y tratar de hacer algo un poco mas grande con materiales de reciclado y es mi intención que algunos otros profes se animen, ya que es bastante fácil y con él se pueden hacer muchos experimentos de los que haré una reseña al último. Ahora voy a describir como armé el GVG. El problema mas grande para este aparato es conseguir la esfera hueca que lleva en el extremo, el resto son materiales comunes y económicos.

El generador, por si no recuerdan, consta de un par de rodillos de distinto material, preferentemente opuestos en la tabla triboeléctrica uno de los rodillos esta conectado a un motor eléctrico que hace que por acción de una correa produzca el efecto deseado, la correa transporta esas cargas que por medio de un conductor son llevadas al interior de la esfera metálica, las que inmediatamente se trasladan a la superficie (ley de Coulomb).

En mi localidad hay dos desarmaderos (chacaritas) asi que me fui hasta uno de ellos a buscar algo parecido a una esfera metálica hueca, esta esfera es el corazón del aparto hace de condensador y debe ser del mayor tamaño posible para obtener los mejores resultados, después de recorrer el lugar buscando no se que, encontré algo que podría adaptarse un viejo sifón de acero inoxidable de 2 litros, no es precisamente una esfera, mas bien un zeppelín pero esta perfectamente pulido como para evitar los efectos de punta cuando se carga de estática, también allí mismo conseguí un motor de extractor que después de una buena lubricada y comprarle un condensador quedó en perfecto estado y levanta una buena cantidad de revoluciones, el resto son un pedazo de caño de PVC de unos 10 cm de diámetro y 45 cm de largo, un soporte para atornillarlo a una madera y eso es todo

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Otro de los problemas que encontré fue conseguir una correa de latex o de goma que no sea negra ya que estas tienen carbono y se hacen conductoras lo que hace fallar el prototipo. Otra vez aguzando el ingenio se me ocurrió una bombacha de goma de bebe, ya no son faciles de conseguir, hoy se usan pañales descartables, pero en la farmacia conseguí la mas grande que tenían y salio una correa de aproximadamente 25 cm de largo y 5 de ancho que funciona muy bien. Para ser más explícito adjunto algunas fotos con los detalles y el aparato completo.

Resultados: El GVG tal como está  descrito es de cargas positivas, al acercar la mano cuando el motor esta en funcionamiento a partir de mas o menos 7 cm comienza a descargar chispas y doy fe que son descargas bastante fuertes por lo que no sería recomendable hacer algo mas grande por seguridad, sobre todo si se tiene cursos bajos.

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Pruebas realizadas: con un electroscopio se puede determinar el intenso campo alrededor de la bocha, con un vaso de vidrio forrado de adentro y afuera se puede fabricar un condensador, el efluvio eléctrico sale fantástico, se colocan con el generador apagado sobre la esfera una gran cantidad de trocitos de papel de aluminio luego se pone en marcha y hace un efecto parecido a un volcán, los pedacitos se cargan y son repelidos, también se pueden poner platillos hechos de papel aluminio de unos 5 cm de diámetro puestos uno encima del otro arriba de la esfera. Se puede comprobar el efecto de puntas haciendo un pequeño molinito de aluminio que al acercarlo al campo comienza a girar o con un clavo pegado con una cinta a la esfera y acercando una vela se ve el viento electrónico. Efecto de jaula de Fáraday, con el mismo electroscopio  metido dentro de una jaulita de alambre. Acercando un objeto metálico de una buena masa, por ejemplo un martillo se logran chispas de unos 3 o 4 cm como la que se muestra en la fotografía.

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