Benemérita Universidad Autónoma de PueblaFacultad de Ciencias de la Electrónica

Materia: Laboratorio de Dispositivos ElectromagnéticosPrimavera 2013

Instructor: Dra. Susana Sánchez Urrieta

Práctica No. 1

H. Puebla de Z. a 11 de Febrero de 2013

Antecedente teórico

La máquina de Wimshurst es un generador electrostático que funciona por frotamiento y por inducción, lo que permite acumular electricidad estática a potenciales relativamente altos.

Esta máquina se compone por dos discos circulares de plexiglass de, estas giran en sentido contrario. Cada uno de los discos lleva una serie de sectores metálicos en su superficie externa cercana al perímetro, también se encuentran montadas en diagonal los compensadores los cuales pueden ser rotados en sus ejes.

Esta máquina es capaz de generar energía ya que esta colectada por peines en forma de herradura que abrazan ambos discos. Uno recoge carga positiva y la otra carga negativa. También existen dos botellas de Leyden las cuales se conectan con varillas para producir una chispa ya sea más retardada pero más fuerte. Además de esto la maquina está basada en el efecto triboeléctrico que consiste en la acumulación de cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí.

* Ley de Coulomb:

La Ley de Coulomb determina las propiedades de fuerza electrostática que surgen de   la interacción de 2 o más cargas puntuales. La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargase inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Práctica No. 1 (primera parte)

Objetivo

Conocer las características principales dela máquina de Wimshurt, y su funcionamiento.

Material:

Máquina de Wimshurt (Nota: La máquina de Wimshurt llega a producir miles de volts, por lo que se debe tener cuidado en la realización de experimento)

Un par de caimanes. Un soporte universal 3 pares de bolas de unicel de distintos tamaños.

Desarrollo:(Parte a)

1. Colocar las 2 esferas de la máquina juntas.

2. Hacer girar los discos con ayuda de la manivela.

3. Observar que sucede y tomar resultados.

4. Colocar las 2 esferas de la maquina con una separación de alrededor de un centímetro.

5. Hacer girar los discos con ayuda de la manivela.

6. Observar que sucede y tomar resultados.

7. Para descargar la máquina, juntar las dos esferas.

Resultados.

Al tener la máquina de Wimshurt con sus dos electrodos y giramos los dos discos con la ayuda de la manivela no ocurrió nada.

En los siguientes pasos al separar los dos electrodos y aser girar los discos se produjo un arco electrico.

Hipótesis de los experimentos de la práctica

La máquina de Wimshurst es una máquina capaz de convertir energía mecánica en energía eléctrica por medio de la inducción electrostática, al generar potencial eléctrico y mantener su polaridad constante sirve como fuente confiable de voltaje. El arco eléctrico que se forma es una saturación de protones y electrones que son liberados de las botellas de Leyden, que son capases de romper la resistencia del aire.

Práctica No. 1 (segunda parte)

Objetivos

Comprobar de manera presencial y experimental los enunciados de la Ley de Coulomb, así como las reacciones entre cargas. Finalmente se intentara calcular la carga que existe en ese par de bolitas.

Desarrollo (parte b)

1. Pesar un par de bolas de unicel pequeñas forradas con papel aluminio y unidas con alambre de cobre.

2. Medir el tamaño del cable.

3. Colocar las esferas en el soporte universal, suspendidas con ayuda del alambre.

4. Descargar la máquina de Wimshurt al juntar las dos esferas.

5. Separar las esperas de la máquina de Wimshurt.

6. Con ayuda de los caimanes, conectar una un soporte de una esfera de la máquina de Wimshurt al alambre que soporta las esferas suspendidas en el soporte universal.

Resultados

Los tres pares de bolas de unicel fueron forradas y amarradas amarradas par a par a un delgado alambre de cobre de un tamaño de 20 centímetros. Y al pesarlas estos fueron los resultados

Peso de las bolas de unicel

Bolias chicas = 0.50 gramos Bolas medianas = 1.20 gramos Bolas grandes = 2.50 gramos

Ya sujetos el par de bolas de unicel más pequeñas de peso de 0.50 gramos al soporte universal y conectadas a la máquina de Wimshurt. Procedimos a funcionar la máquina, la cual la corriente hizo que las bolitas de unicel se separaran unos 3 cm.

Para las bolas de unicel medianas del peso de 1.2 gramos cuando se activó la máquina de Wimshurt estás se separaron alrededor de 1.50 centímetros.

Pero para las bolas de unicel mas grande de un peso de 3.50 gramos, las bolas de unicel no se separaron.

Hipótesis del experimento de la practica.

Verificación experimental de la Ley de Coulomb

Es posible verificar la ley de Coulomb Sobre cada esfera actúan tres fuerzas: el peso mg, la tensión de la cuerda Ty la fuerza de repulsión eléctrica entre las bolitas  .

En el equilibrio:   (1) y   (2).

Dividiendo (1) entre (2) miembro a miembro, se obtiene:

 

Siendo   la separación de equilibrio entre las esferas cargadas, la fuerza   de repulsión entre ellas, vale,

de acuerdo con la ley de Coulomb:   y, por lo tanto, se cumple la

siguiente igualdad:   (3)

Para sacar el ángulo tenemos:

Despejamos a θ por lo tanto tenemos

Θ = arcosen cateto opuesto

Hipotenusa

Para el primer par de bolas de unicel tenemos los siguientes datosPeso = 0.50gramos =

Longitud de la cuerda = 20 centímetros (hipotenusa)

Separación de repulsión = 3/2 centimetros (cateto opuesto)

Θ = 4° 18´ 4´´

Y aplicamos la formula

Por lo tanto la fuerza de repulcion de las primeras bolas de unicel es =

F 1 = 0.3689 N

Para el segundo par de bolas de unicel tenemos los siguientes datosPeso = 1.2 gramos

Longitud de la cuerda = 20 centímetros (hipotenusa)

Separación de repulsión = 1.5/2 centimetros (cateto opuesto)

Θ = 2° 8´ 56´´

Y aplicamos la formula

Por lo tanto la fuerza de repulcion de las primeras bolas de unicel es =

F 1 = 0.4417 N

Conclusiones.

En esta práctica utilizamos una herramienta de laboratorio que es una maquina de Wimshurst la cual genera energía eléctrica producida por dos discos y conectados por medio de alambres sujetos a ellos los cuales al girar en movimientos contrario se genera la energía positiva y energía negativa.

También pudimos observar cómo se genera la energía y que en nuestra vida cotidiana como la utilizamos nos visualizamos unos generadores de grande escala el cual es movido mecánicamente, produciendo así gran cantidad de electricidad la cual es suministrada por nosotros. Donde podemos concluir que la electricidad se denomina fenómeno físico cuyo origen son las cargas electicas y energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros, en otras palabras es el flujo de electrones.

En esta práctica se pudieron observar en plenitud y concordancia la ley de Coulomb, las bolas de unicel fueron capaces de repelerse con sus respectivos ángulos, sin embargo debido a la masa y a las corrientes débiles que generaba la máquina de Whimshurst   solamente las chicas pudieron repelerse, lo que nos habla de la influencia de la masa sobre la fuerza que imprime la carga.