Mquinas electrostticasHuaroma Yngrid; Flores Macarena; Crdova Leonardo; Aguirre Rodrigo; Bermudez Diana; Conislla Fabiola; Cruz EvelynUniversidad Cesar Vallejo, Facultad de Ingeniera, Escuela de Ingeniera AmbientalFecha de entrega del informe: 13 de abril de 2015ResumenEl presente informe tiene como finalidad estudiar y describir de forma experimental el funcionamiento de las mquinas electrostticas. Una mquina electrosttica convierte el trabajo mecnico en energa elctrica (electricidad esttica), utilizando como fuente la friccin o energa elctrica externa, esta energa ser depositada en dos partes de aparato, y generaran altsimas tensiones con una muy pequea intensidad de corriente. Como ejemplos claros de generadores elctricos se utilizaros dos: la mquina de Wimshurst y el generador de Van der Graff. Por ltimo se lleg a la conclusin de que estas mquinas son de gran utilidad en el estudio de la electrosttica y actividades industriales, para ello es necesario conocer su principio de funcionamiento. Palabras claves: Wimshurst, Van der Graff, Electrostatica5

1. IntroduccinDesde la invencin de los generadores electrostticos, creci ms el inters por estudiar los fenmenos de la electricidad y el magnetismo. Gracias a estos se pudo estudiar y entender ms la facilidad con la que se puede generar energa elctrica a travs de diferentes mtodos. Los primeros generadores de energa fueron la mquina de Wimshurst y el generador de Van der Graff, convirtiendo el trabajo mecnico en energa elctrica.Sin duda cualquier persona ha experimentado algn tipo de descarga elctrica, por ejemplo si frotamos una barra de vidrio con un trozo de tejido de seda, la barra adquiere la propiedad de atraer los trozos de papel. La electricidad esttica constituye un desequilibrio transitorio en la distribucin de cargas por transferencia entre la superficie de dos elementos o medios suficientemente prximos, con la creacin de un campo elctrico y una diferencia de potencial que pueden alcanzar valores muy elevados (Mndez, 2012). Aun as la electricidad electroesttica no constituye algn peligro para el ser humano, ya que la intensidad de corriente es muy pequea.

2. Fundamento Terico 2.1 ElectrostticaDesde ya hace centenas de aos, los griegos observaron que al frotar un pedazo de mbar, podan atraerse pequeos objetos, pero no fue hasta 1660 que el fsico William Gilbert, descubri que dicho fenmeno de atraccin se deba a la interaccin que se ejerca entre dos cargas elctricas estticas de diferentes signos; llamando as a este fenmeno: electrosttica.2.2 Generador de WimshurstEs una mquina electroesttica que fue inventada por James Wimshurst entre 1880 y 1883 con el fin de generar altos voltajes. Su funcionamiento se da al girar el manubrio ya que ambos discos contra-rotativos tienen sectores de metal pegado a estos, dichos sectores rozan con unas escobillas producindose as, por induccin, una carga inicial, electrizndose los discos. Ya que las cargas son contrarias, al pasar por los peines son atradas para su neutralizacin con la electricidad contraria, quedando as cargados, uno con carga positiva y el otro con carga negativa, pudindose aumentar la energa al comunicarla con dos condensadores.2.3 Generador de Van der GraffEste generador se basa en fenmenos por electrizacin por contacto y en la induccin de cargas, crendose as el efecto por un campo intenso, y asocindose a la gran densidad de carga en las puntas. Fue construido por Robert J. Van der Graaff en 1931, y en realidad es un electrforo de funcionamiento continuo. El repelerse las cargas de igual signo, es lo que hace que estas ocupen toda la superficie a disposicin. Y al colocarlas en una esfera hueca, se har que estas cargas migren rpidamente a la superficie de esta, pero conteniendo en la parte interna un campo elctrico nulo, respetndose as la Ley de Faraday.

3. Detalles experimentales3.1 Materiales y metodologa Mquina de WimshurstMaquina electrosttica, capaz de convertir energa mecnica en elctrica Generador de Van der GraffEs una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades decarga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca. Condensador Son elementos capaces de almacenar energa elctrica, constan de 2 placas conductoras separadas por un material dielctrico Cables conectores Cable de extensin

3.2 Procedimiento para la obtencin de datosMquina de Wimshurst Se procede a colocar la mquina de Wimshurst sobre la mesa, se colocan las puntas conectoras a una cierta distancia y se procede girar la manivela que se encuentra ubicada en la parte posterior. Lo que se podr observar ser la aparicin de chispas, producido por la ficcin en la mquina de Wimshurst

Fig. 1 Mquina de Whimshurst Para una 2da experiencia formaremos un circulo tomndonos de las manos, a la vez se coloca a una de las puntas conectoras un cadena de metal. El cual ser sujetada por compaero mientras que el otro extremo ser sujetado por otro compaero. Al momento de crear la friccin al hacer girar la manivela de producir una cantidad de descarga de voltios, el cual lo sentiremos. Para nuestro ltimo caso, colocaremos un trozo de cable por uno de las puntas conectoras, el cual producir un molino de viento debido a la interaccin con las molculas del aire y las cargas producidas por la mquina de whimshurst.

Fig. 2 Molino de viento

Generador de Van der Graff Para nuestra primera experiencia con el generador de Van der Graaf, procederemos a enchufarlo y colocarlo sobre la mesa de laboratorio. Una vez instalado el generador vamos a proceder a colocar bolitas de tecnopor. Los cuales empezaran a tener un movimiento debido a que se cargan negativamente, es por ello que se van a repelar entre ellas.

Fig. 3 Cuerpos Repelados En nuestra segunda experiencia, necesitaremos la colaboracin de una compaera. La cual, se subiera sobre una silla de madera (no conductor). Una vez que el generador est listo nuestra compaera apoyara su mano sobre la parte superior del generador. Se observar que su cabello se eleva, esto es debido que ella va a adquirir la misma carga del generador produciendo que su cabello se repele entre s y se eleve.

Fig. 4 Generador de Van der Graaf

4. Resultados

a. Anlisis de datosAlumnos de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia realizaron una demostracin del funcionamiento de generadores elctricos, hicieron uso de la mquina de Wimshurst y llegaron a la conclusin que sta es una maquina capaz de convertir energa mecnica en energa elctrica por medio de induccin electrosttica, adems observaron que el campo elctrico se comporta de acuerdo a la posicin y geometra de las fuentes de carga. Adems otros alumnos de la misma universidad concluyeron que la atraccin y repulsin entre cargas se debe a la presencia del campo elctrico.

5. Conclusiones6. La mquina de Wimshurst es capaz de convertir energa mecnica en energa elctrica por medio de induccin. El funcionamiento de la mquina de Winshurt, muestra claramente principios bsicos de la electrosttica, como la existencia de cargas elctricas, la repulsin de cargas iguales o atraccin de cargas opuestas. Se concluye que el generador Van der Graff es un aparato muy til en la fsica, ya que este puede producir voltajes muy elevados, generando una carga intensa y positiva. Las mquinas de electrostticas, generan electricidad esttica, produciendo altas tensiones, con muy poca corriente elctrica.

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7. Recomendaciones Usar elementos de seguridad al manipular maquinas que producen y/o almacena energa esttica. Tener conocimientos previos al usar maquinas que usan electricidad esttica en su funcionamiento. Al momento de experimentar la energa en la mquina de Van der Graff, es necesario no tocar la base del generador.

8. Referencias Bibliogrficas[1] Anilandro, A. (25 de agosto2012).Construccin de la mquina de Whimsshurst. La wed de c Anilandro. Recuperado de https://sites.google.com/site/anilandro/03622-wimshurst[2] Gonzlez, V. (1996). Fsica Fundamental. (3 ed.). Mxico: Progreso[3] Purcell, E. (2005). Electricidad y magnetismo. (2 ed.). Barcelona: Revert[4]Mndez, B. (2012). Electricidad esttica: carga y descarga. Recuperado de: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/301a400/ntp_374.pdf

9. Cuestionario8.1 Qu efectos produce la chispa en los tomos de aire?R. / Al estar expuesto la chispa de la mquina de Wimshurst al aire (tomos de aire) producen un olor nauseabundo que est compuesta por ozono (O3) que resulta ser daina, y que adems es percibido por el empleador de la mquina que a un largo periodo de absorcin puede producir una enfermedad maligna.

8.2 Deben girar los discos siempre en sentidos opuestos? Por qu?R. / Si, porque debido al giro opuesto, cada conductor siempre recoger, por intermedio del peine, la misma electricidad.

8.3 Debido a qu, la chispa no se produce para cualquier distancia entre las esferitas e indique la distancia donde la chispa es continua. R. / Debido a que las chispas se producen de acuerdo a la distancia de los sectores de los discos. Adems la chispas son continuas a una distancia de 2 cm a 3.5 cm sin importar la distancia de los sectores de los discos. Por ejemplo: A 11 mm de distancia la longitud elctrica es de 2 a 2.5 cm

A 19 mm de distancia la longitud elctrica es de 9 cm

8.4 Explique el principio de funcionamiento de un fluorescenteR. / El fluorescente es un tubo cilndrico de cristal recubierto casi siempre de fsforo, el cual est compuesto por la reactancia, que es una bobina con ncleo de hierro; el cebador, el cual se encarga de encender el filamento del fluorescente y el condensador. Al aplicar tensin al circuito, el cebador al tener cerrado el contacto hace que se enciendan los filamentos que se encuentran en las puntas de los tubos, generando as que el gas del interior del tubo se ionice, quedando el cebador desconectado al circular corriente; el papel de la reactancia es que acta para generar un pico de tensin encendido y limitar la corriente.

8.5 Si una persona se asla de tierra y acerca su brazo a la esfera los bellos se erizan Por qu?R. / (DIANA)

8.6 Tocando la conexin a tierra, Por qu los electrones prefieren pasar por el alambre que por la piel?R. /(DIANA)

8.7 Segn el experimento realizado Qu tipo de carga posee el Van de Graff y la maquina Wimshurst?R. /Las dos mquinas siempre estarn constituidas por diferentes cargas, positiva de un lado y negativa del otro. La mquina Van der Graff tiene las dos cargas y su ubicacin depende del material que la cinta este hecha. Por ejemplo si la cinta transportadora es de un material con carga negativa (-) entonces la esfera metlica se cargar negativamente ya que la polea hace que esta carga se transporte por medio de la cinta. Adems los rodillos o poleas tendrn carga opuesta (+).

As mismo, el generador de Wimshurst tambin est divido por cargas distintas. La divisin la marca las escobillas, la mitad tiene carga negativa que se almacena en una de las botellitas de Leyden y la otra mitad es de carga positiva que se almacena en la otra botellita.

8.8 Sabiendo que el mximo campo que se puede alcanzar en el aire es de 30000 V/cm; Qu potencial alcanza el casco si la chispa de descarga es de una longitud de 4cm.?R. /

V

8.9 Mencionar 3 casos en los que observa los efectos de la electrosttica en la vida diaria.R. / Si caminamos descalzos durante buen tiempo sobre una alfombra al tocar un objeto metlico como la chapa de la puerta se siente un pinchazo como si pasara electricidad. Al coger un globo o hacer friccin sobre l se observa como los pelos resultan atrados a este objeto. Todos nosotros hemos notado al peinarnos que el pelo queda atrado por el peine. El mismo fenmeno de atraccin se observa al desenvolver un artculo cubierto con papel de celofn.