CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

www.sapiensman.com

 




www.sapiensman.com

 

 

FUNDAMENTOS DE LAS MÁQUlNAS ELECTROSTÁTICAS

Ver : Campo Eléctrico. Líneas de Fuerza. Electroscopio.

Las máquinas electrostáticas son las que producen cargas eléctricas, algunas por frotamiento y otras por inducción.

Electróforo de Volta

Es la más sencilla máquina eléctrica de frotamiento e influencia ( figura siguiente),

Fig. -Electróforo de Volta.

Fig. A-B-C-D y E. Empleo del electróforo de Volta.

Carga:

a) Se frota el disco de ebonita con una piel de gato o una franela: la superficie frotada se carga así de electricidad (-) (fig. A).

b) Se coloca el disco encima de la ebonita (fig. B). La electricidad neutra del disco es descompuesta por influencia, en electricidad ( +) que queda en la parte inferior y en (-) que es rechazada hacia la parte superior, donde se pone de manifiesto por la divergencia del péndulo p.

c) Se toca el disco con el dedo (fig. C); el péndulo cae, porque el fluido (-) del disco se pierde en el suelo; el (+) queda siempre en la superficie inferior por la influencia de la ebonita, electrizada negativamente.

d) Se saca el dedo y luego se levanta el disco; el péndulo diverge, porque el fluido ( +) queda libre y se esparce en todo el conductor (fig. D).

e) Las cargas obtenidas pueden acumularse en una caja de Faraday aislada (cilindro colector) (fig. E).

Se repite lo mismo muchas veces y así, se acumulan más y más cargas ( +) en el colector, acumulación que se manifiesta por la divergencia progresiva de su péndulo.

 

 

 

Máquina eléctrica de Ramsden.

Fig. Máquina eléctrica de Ramsden.

El disco de vidrio que pasa por entre los frotadores R R' se electriza positivamente mientras las almohadillas se cargan de electricidad (-), que se manda a tierra.

Este disco al pasar frente a los peines descompone por influencia el fluido neutro de los conductores en (+) que se acumula y en (-) que escapa por las puntas.

Máquina de Wimshurst

Fig. -Máquina de Wimshurst.

Es una máquina de influencia cuyas partes esenciales (ver figura) son:

a) Los transportadores; dos platillos de ebonita o de vidrio, que llevan láminas metálicas pegadas cerca de su borde, y giran en sentido contrario.

b) Los productores que son dos conductores diametrales provistos, en sus extremos, de escobilla metálicas que apoyan sobre las láminas metálicas.

c) Los colectores que son dos conductores aislados provistos cada uno de un peine en forma de herradura que comunican con las armaduras interiores de dos botellas de Leyden.

d) Las botellas de Leyden o condensadores en donde se acumulan las cargas eléctricas. La armadura externa de la botella de Leyden forma el polo positivo de la máquina; y la interna, el polo negativo.

e) Chispa: La chispa se produce cuando la atracción entre la ( +) y la (-) vence la resistencia del aire.

Estas máquinas fácilmente cargan en el positivo +40 000 voltios y en el negativo -40 000 voltios, produciendo así una diferencia de potencial de 80 000 voltios y una chispa de unos 8 cm.

El acelerador de Van de Graaff

Fig. -Esquema del acelerador de Van de Graaff.

J. VAN DE GRAAFF construyó en la Universidad de Princeton (EE. UU. ), en el año 1931, un generador de tensión que, con las mejores de las técnicas actuales, sobrepasa los 5 000 000 de voltios.

Este generador se basa en el siguiente principio:

Una carga eléctrica colocada en el interior de un cuerpo metálico se distribuye en la superficie exterior del cuerpo, cualquiera fuese la carga ya existente.

Por consiguiente, se puede aumentar a voluntad la carga total de una esfera, metálica depositando continuamente cargas en el interior.

En el esquema del modelo Van de Graaff (ver figura), las cargas son continuamente transportadas hacia una esfera metálica E por medio de una correa sin fin de material aislante.

Estas cargas proceden de la fuente F, la cual entrega a la correa por intermedio de los electrodos J K.

La correa sin fin las transporta hasta la esfera E en donde se depositan a través del peine A.

En el caso presente, la esfera se carga negativamente. Si se desean acumular cargas positivas no hay sino que invertir la polaridad de la fuente (F).

La cantidad de cargas que se pueden acumular en la esfera y, por consiguiente, el potencial que puede adquirir : (voltio = coulombio/faradio ) está limitada solamente por el poder de aislación eléctrica de los soportes (S) y del aire. Para aumentar la aislación se encierra todo el equipo en recipientes (R) que mantienen aire o gases a presión.

Estas elevadas tensiones se emplean para acelerar "las partículas elementales".

En la esfera se ubica la fuente de estas partículas (P) que, como proyectiles velocísimos, se desplazan en un tubo (V) en el que se ha practicado y se mantiene un elevado vacío. Las partículas (P) impactan en el blanco B.

Es un precioso auxiliar en los estudios acerca del átomo y de su núcleo.

Efectos de las descargas eléctricas

Cuando una máquina eléctrica o un condensador se descargan, abandonan su energía eléctrica. Dicha energía no se destruye, sino que se transforma, según las circunstancias en que se produce la descarga, en energía mecánica, química, calorífica, luminosa, etc.

Fig. - Las campanillas eléctricas.

Fig. - El granizo eléctrico.

a) Efectos mecánicos: Las atracciones y las repulsiones eléctricas se aprovechan en gran número de experimentos de física, en los cuales se ven animarse cuerpos ligeros y adquirir un movimiento de vaivén entre dos conductores electrizados de signo contrario. Tales son los experimentos de las campanillas eléctricas y del granizo eléctrico ( ver figuras ). Los experimentos del taladra-vidrio o del taladra-tarjeta , enseñan que una descarga eléctrica bastante fuerte, quiebra cuerpos malos conductores colocados entre los polos.

Se emplean también en la industria.

Fig. -El taladra-vidrio eléctrico

Fig. -El taladra tarjeta eléctrica

 

Fig. -Pistola de Volta

b) Efectos químicos: Las descargas eléctricas pueden también provocar gran número de reacciones químicas, como la explosión de las mezclas detonantes, la transformación del oxígeno en ozono, la combinación del nitrógeno con el oxígeno para dar peróxido de nitrógeno, la descomposición del amoníaco....

En los gabinetes de física se determina la explosión del gas detonante (oxígeno e hidrógeno) con la pistola de Volta.

e) Efectos fisiológicos: La fuerza de la chispa que salta cuando se acerca el dedo a un campo electrizado varía en proporción a las cargas acumuladas, abarcando su gama de intensidad desde una leve picadura hasta una vigorosa sacudida en el brazo; llegando su efecto desde una sensación dolorosa, cuando se trata de una botella de Leyden, hasta una conmoción peligrosa y mortal en el caso de una batería de botellas.

d) Efectos caloríficos: La chispa eléctrica inflama la pólvora, el algodón, el alcohol, el éter. La descarga de una batería puede derretir y volatilizar un alambre metálico muy delgado.

e) Efectos luminosos: La descarga eléctrica, en el aire o en un gas, va acompañada de fenómenos luminosos que varían mucho según las condiciones del experimento. Son fenómenos relacionados con los tubos de Geissler, Plücker y Crookes.

Electricidad atmosférica

Para estudiar el estado eléctrico de la atmósfera se puede emplear el electroscopio cuya esfera está unida por un conductor a una larga varilla vertical que remata por una punta.

El campo eléctrico atmosférico es muy variable aun en tiempo bueno, y con mayor razón en tiempo tormentoso. Franklin probó la electricidad atmosférica elevando un barrilete sostenido por una cuerda conductora y de cuya extremidad sacaba chispas cada vez que la acercaba a una esfera conectada a tierra.

Las nubes están cargadas, unas de electricidad ( +) y otras de electricidad (-). Cuando dos nubes (+ y -) o una nube y el suelo se hallan bastante próximas, se produce una descarga brusca que se llama rayo; la chispa tiene el nombre de relámpago (cuya longitud es de 20 km. y más), y el ruido es el trueno.

La resonancia proviene de las incidencias repetidas de la onda sonora en las nubes próximas o en el suelo. A causa de la gran velocidad de la luz ( 299 792 458 m/s ) se ve prácticamente el relámpago en el mismo instante que se produce la chispa, pero se oye el trueno más tarde, ya que la velocidad del sonido es de solamente 340 m/s.

Luego, para conocer a qué distancia se produjo el fenómeno basta multiplicar 340 metros por el número de segundos que transcurren entre la visión del relámpago y la percepción del trueno.

PROBLEMAS

1) ¿Con qué fuerza se repelen dos fuerzas cargadas con 1 coulombio (+) cada una y colocadas a 1 m de distancia?

Resultado: F = 9 X 109 N.

O sea que las esferas se rechazan, en las condiciones del problema, con la fuerza de casi un millón de toneladas.

2) Don conductores electrizados con electricidad de mismo signo están cargados con 80 y 150 u.e.s. de electricidad. La distancia entre los centros es de 0,20 m. ¿Con qué fuerza se repelerán?

3) ¿A qué distancia habrá que colocar dos esferas cuyas cargas valen 30 y 50 u.e.s. para que la fuerza repulsiva valga 15 dinas?

4) ¿Con qué fuerza se repelen dos cargas positivas de 8 y 12 u.e.s., respectivamente, colocadas a 2 cm de distancia, y separadas: 1° por el aire; 2° por mica?

5) Un cuerpo de 1 kg de peso está cargado con 98 000 u.e.s. y sobre él se aproxima otro cargado con 500000 u.e.s. de signo contrario. Si la operación se practica en el aire. ¿A qué distancia deben hallarse ambos cuerpos electrizados para que el primero no caiga por la acción de la gravedad?

6) Se colocan cargas eléctricas en los vértices A y B de un triángulo (fig. siguiente) cuyos lados miden

7) La atracción de dos cuerpos no significa que necesariamente estén eléctricamente cargados. ¿Por que motivo?

8) La repulsión de dos cuerpos significa que están eléctricamente cargados. ¿Es o no es verdad?

9) Calcule el valor de dos cargas positivas iguales que se repelen con una fuerza de 8X103 g y están separadas por 0,50 m.

10) Con la ayuda de un electroscopio averigüe el terminal negativo de una batería o acumulador.

11) En los vértices de un triángulo cuyos catetos miden 5 cm y 3 cm se colocan tres esferas  igualmente cargadas (ver figura siguiente).

12) Calcule la fuerza total ejercida sobre C, tomando los datos del problema anterior.

13) Dos esferas cargadas positivamente con 5 µC están separadas de 1 cm. ¿Cuál es fa fuerza de repulsión con la cual se rechazan? (figura siguiente )

14) ¿En qué consiste el modelo atómico del hidrógeno según Bohr? (figura siguiente )

SINOPSIS

Electrostática

Definición: Estudio de los fenómenos relativo a las cargas eléctricas yacentes en los cuerpos y que se manifiestan:

a) cuando éstos son frotados;

b) cuando son sometidos al fuego;

c) cuando son sometidos a una presión.

Electrostática:

Cuerpos conductores y cuerpos aislantes:

b) cuerpos cargados y cuerpos neutros;

c) electricidad (+) y (-).

Electricidad por frotamiento:

a) Comprobación experimental: barra de ebonita, vidrio, metálica y aislada.

b) Interpretación del fenómeno: electrizado y neutro.

c) Hay sustancias buenas conductoras de la electricidad.

Cuerpos conductores y aisladores:

Las cargas eléctricas se desplazan en los conductores, permanecen y se acumulan en los aisladores.

Electricidad vítrea o +. Electricidad resinosa o -.

No hay más que dos clases de electricidades.

Cargas eléctricas de mismo nombre se repelen, las de nombre contrario se atraen. Las dos electricidades aparecen siempre al mismo tiempo y en cantidades iguales. Una sustancia puede adquirir cargas positivas o negativas según la sustancia con que se frota. La electricidad estática se distribuye solamente en la superficie externa de los conductores. Las cargas eléctricas pueden ser separadas.

Electroscopios:

Aparatos que detectan la existencia de cargas eléctricas. Clases: péndulo eléctrico, hojas metálicas, de Kolbe, plano de prueba.

Leyes de Coulomb:

La fuerza eléctrica es:

1º Directamente proporcional al producto de las cargas.

2º Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las dos cargas.

Comparación entre las fuerzas coulombiana y la newtoniana.

Unidad de cantidad:

La carga elemental de electricidad es el electrón (-). 6 X 1018 electrones equivale a un coulombio.

Sistema C G S: el franklin = 2X 109 electrones. Sistema M K S A: el coulombio = 6X 1018 electrones = cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por la corriente de un amperio.

Electrómetros:

Es un electroscopio provisto de una escala graduada y una jaula de Faraday. Modelos: de cuadrante, Kelvin, Compton...

Densidad eléctrica:

Es la cantidad de cargas eléctricas existentes en la unidad de superficie.

Densidad eléctrica en una esfera:

 

Densidad eléctrica de un cilindro, ovoide, disco, cono.

Campo eléctrico:

Las cargas que se acumulan en los aislantes originan campos eléctricos. Campo eléctrico es el espacio en donde se manifiestan las fuerzas eléctricas de atracción y de repulsión.

Analogía: campo gravitatorio: P = m.g.

Campo magnético: F = m.β. Campo eléctrico: F = m. ε.

El vector campo:
a) Cuando el campo está formado por una sola carga.
b) Cuando el campo está formado por varias cargas.

Líneas de fuerza:
Línea imaginaria en cada uno de sus puntos al vector campo:
a) Líneas de fuerza provenientes de una carga aislada.
b) Líneas provenientes cuando actúan dos cargas. Experimento.

Influencia eléctrica:
Un conductor aislado colocado en un campo eléctrico se electriza a su vez modificando el campo.
Experimento sobre el inductor y el inducido.
Relación entre la carga inductora y las cargas producidas por influencia. Efectos.
Atracciones y repulsiones eléctricas. Electroscopio.

Máquinas electrostátIcas:
Electróforo de Volta.
Máquina eléctrica de Ramsden.
Máquina de Wimshurst.
Van der Graaf.

Efectos de las descargas eléctricas:
a) Mecánicos.
b) Químicos.
c) Caloríficos.
d) Luminosos.
Electricidad atmosférica.

 

 


Si esta información te resulta útil, compártela :

 

 

 


INICIO : Electrotecnia para aplicaciones industriales

Neumática e Hidráulica

Matemáticas. Elementos Básicos. Problemas resueltos.