un trozo de madera de 8 cm de ancho x 10 cm de largo x 1,5 cm de alto
1,50 metros de alambre de amarra galvanizado
6 metros de alambre de timbre (alambre de cobre con cubierta plástica)
dos clavos de una pulgada
dos clavos de tres pulgadas
una batería alcalina de 9 volt
huincha de aislamiento eléctrico
un martillo
un alicate
1. Enrolla el alambre de timbre sobre cada uno de los clavos grandes. Empieza a enrollar desde la cabeza del clavo. Preocúpate de dejar, tanto al empezar a enrollar como al finalizar, unos 10 cm de alambre sin enrollar.
2. Construye ahora la bobina, que es el elemento que va a girar. Dobla el alambre galvanizado en forma de cruz. Uno de los ejes de la cruz debe ser más grueso, por lo que el alambre debes doblarlo unas 4 veces en el eje grueso y sólo una vez en el otro eje. La cruz tiene un ancho y largo de 4 cm.
3. Enrolla alambre de cobre en los extremos más gruesos de la cruz. Deja el centro de la cruz libre. Enrolla desde ahí hasta el extremo y luego, sin cortar, enrolla nuevamente en el mismo sentido: del centro al otro extremo del alambre. La cantidad de vueltas debe ser igual en ambos extremos, y deben quedar dos extremos del alambre de cobre sin enrollar, paralelos al eje de la cruz. Para que hagan un buen contacto, sácales el material aislante.
4. Como se trata de que el objeto gire, debes construir un par de soportes con alambre galvanizado. La altura que debe tener el eje de rotación de la cruz es ligeramente superior a la altura de la mitad de los clavos, vale decir, tiene que quedar sobre el enrollado más ancho.
5. La conexión final debes hacerla en serie: un elemento tras otro. Fíjate en el dibujo de más arriba. Recuerda que debes eliminar el material aislante de todos los extremos que estarán conectados. Una vez que cierres la conexión, el motor comenzará a girar.
Atracción y movimiento
La electricidad es un fenómeno que está a diario con nosotros. Los griegos ya la conocían, de allí que fenómenos como magnetismo y electricidad se denominan así porque tienen su raíz en materiales utilizados por ellos: la magnetita, que es un mineral de la isla de Magnesia, y el ámbar, que en griego se denomina elektron.
Pero no es hasta principios de este siglo que se ha podido comprender mejor este tipo de fenómenos eléctricos. Hoy entendemos un átomo como un sistema formado por partículas, entre las cuales se destacan los electrones, los protones y los neutrones. Estos últimos están unidos por una fuerza llamada fuerza nuclear fuerte; los electrones, en cambio, giran en torno al núcleo gobernados por la fuerza electromagnética, mucho menos intensa que la nuclear. Debido a ello, los electrones pueden "escapar" de unos átomos hacia otros.
Cuando las cargas eléctricas están en movimiento, como por ejemplo los electrones a través de un alambre de cobre, generan una fuerza llamada magnetismo. Magnetismo y electricidad son complementarios, por eso se habla de fuerza electromagnética. Existiendo cargas en movimiento (corriente eléctrica), se producirá magnetismo. Y, si tenemos una fuerza magnética variable, se producirá corriente eléctrica.
jueves, 29 de enero de 2009
Los alternadores
El Alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción, una corriente alterna.
Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.
Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.
Figura 1.- Disposición de elementos en un alternador simple
Así, en el alternador mostrado en la Figura 1, el inductor está constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnéticas cuya polaridad se indica. Estas piezas pueden estar imantadas de forma permanente o ser electroimanes. En las grandes máquinas el inductor siempre está constituido por electroimanes, cuya corriente de alimentación o excitación proviene de un generador de corriente continua auxiliar o de la propia corriente alterna generada por el alternador convenientemente rectificada.
El inducido está constituido por las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de hierro que se magnetizan bajo la acción de los imanes o electroimanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro piezas de hierro cambia de sentido cuando el rotor gira 90º, y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro.
Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.
El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:
Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una F.E.M. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,
El signo menos delante de E expresa que, según la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.
Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotiz total (ETOT) es igual a:
siendo n el número total de espiras del inducido.
La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre las bornas A-B se obtiene multiplicando el número de vueltas por segundo del inductor por el número de pares de polos del inducido (en el caso ilustrado, 2).
Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.
Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.
Figura 1.- Disposición de elementos en un alternador simple
Así, en el alternador mostrado en la Figura 1, el inductor está constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnéticas cuya polaridad se indica. Estas piezas pueden estar imantadas de forma permanente o ser electroimanes. En las grandes máquinas el inductor siempre está constituido por electroimanes, cuya corriente de alimentación o excitación proviene de un generador de corriente continua auxiliar o de la propia corriente alterna generada por el alternador convenientemente rectificada.
El inducido está constituido por las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de hierro que se magnetizan bajo la acción de los imanes o electroimanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro piezas de hierro cambia de sentido cuando el rotor gira 90º, y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro.
Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.
El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:
Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una F.E.M. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,
El signo menos delante de E expresa que, según la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.
Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotiz total (ETOT) es igual a:
siendo n el número total de espiras del inducido.
La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre las bornas A-B se obtiene multiplicando el número de vueltas por segundo del inductor por el número de pares de polos del inducido (en el caso ilustrado, 2).
jueves, 22 de enero de 2009
Faraday Michael
Biografía:físico y químico inglés, nacido en Newington Butts (Londres) ,en 1791 fue nombrado profesor de la Royal Institution.Descubrió el benzol en el gas del alumbrado además de decubrir:la rotación electromagnética y la inducción magnetoeléctrica.Murió en el año 1867.
JAULAS de FARADAY
El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.
Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero.
Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.
Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en protección de equipos electrónicos delicados, tales como repetidores de radio y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas.
miércoles, 21 de enero de 2009
jueves, 15 de enero de 2009
El experimento del limón
La batería de limón es un experimento propuesto como proyecto en muchos libros de textos de ciencias. Consiste en insertar, en un limón, dos diferentes objetos metálicos, por ejemplo un clavo galvanizado y una moneda de cobre. Estos dos objetos trabajan como electrodos, causando una reacción electroquímica que genere una pequeña cantidad de electricidad.
El objetivo de este experimento es demostrar a los estudiantes cómo funcionan las baterías. Después de que la batería está ensamblada, se puede usar un multímetro para comprobar el voltaje generado. Para producir un efecto más visible, se puede usar la batería para dar energía a un LED. Puesto que el voltaje producido es típicamente insuficiente para encender un LED estándar, dos o más baterías son conectados en serie.
Técnicamente ocurren la oxidación y la reducción.
En el ánodo, el cinc (zinc) es oxidado:
Zn → Zn2+ - 2 e-
En el cátodo, se reduce el cobre:
Cu+++ 2e- → Cu2
Un alternativa común a los limones son las papas[1] o a veces manzanas. Cualquier fruta o vegetal que contenga ácido u otro electrolito puede ser usado, pero los limones se prefieren debido a su mayor acidez.[2] Otras combinaciones de metales (como magnesio ycobre) son más eficientes, pero usualmente son usados el zinc y el cobre porque son razonablemente seguros y fáciles de obtener.
Usar una tira de magnesio en vez del cinc debe duplicar, aproximadamente, la corriente producida en la celda de limón (aproximadamente 240 µA con zinc y cerca de 400 µA con magnesio) y también aumenta levemente el voltaje (0.97 V con zinc y 1.6 V con magnesio). Estos números por supuesto dependen de los limones.
El objetivo de este experimento es demostrar a los estudiantes cómo funcionan las baterías. Después de que la batería está ensamblada, se puede usar un multímetro para comprobar el voltaje generado. Para producir un efecto más visible, se puede usar la batería para dar energía a un LED. Puesto que el voltaje producido es típicamente insuficiente para encender un LED estándar, dos o más baterías son conectados en serie.
Técnicamente ocurren la oxidación y la reducción.
En el ánodo, el cinc (zinc) es oxidado:
Zn → Zn2+ - 2 e-
En el cátodo, se reduce el cobre:
Cu+++ 2e- → Cu2
Un alternativa común a los limones son las papas[1] o a veces manzanas. Cualquier fruta o vegetal que contenga ácido u otro electrolito puede ser usado, pero los limones se prefieren debido a su mayor acidez.[2] Otras combinaciones de metales (como magnesio ycobre) son más eficientes, pero usualmente son usados el zinc y el cobre porque son razonablemente seguros y fáciles de obtener.
Usar una tira de magnesio en vez del cinc debe duplicar, aproximadamente, la corriente producida en la celda de limón (aproximadamente 240 µA con zinc y cerca de 400 µA con magnesio) y también aumenta levemente el voltaje (0.97 V con zinc y 1.6 V con magnesio). Estos números por supuesto dependen de los limones.
La historia de la electricidad
La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la batería de Bagdad).[8] Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.[2] [4]
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas por investigadores sistemáticos en los siglos XVII y XVIII como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets.[9] La sociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió en gran medida del uso doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.
Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonomía de los aparatos móviles alimentados por electricidad todavía no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de la electricidad ha sido —junto con la proliferación de los motores alimentados con destilados del petróleo— uno de los factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas por investigadores sistemáticos en los siglos XVII y XVIII como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets.[9] La sociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió en gran medida del uso doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.
Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonomía de los aparatos móviles alimentados por electricidad todavía no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de la electricidad ha sido —junto con la proliferación de los motores alimentados con destilados del petróleo— uno de los factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.
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