Proyectos de investigacion en el aprendizaje de la fisica



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PROYECTO 1. . Investigar el funcionamiento y caracteristicas de la máquina de la máquina de Wimshurt, los fenómenos que se manifiestan en ella y la forma en que interactuan entre sí.

En este primer objetivo no partiremos de que ya conocemos cómo se comporta la máquina, por lo tanto, los fenómenos que se observaron, serán justifíquados mediante el análisis de los mismos.


MAQUINA DE WIMSHURST

DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA

La máquina consta de dos discos en acrílico (ó cualquier material dieléctrico) que giran en sentido contrario con un eje común, en su superficie y de forma opuesta tienen adheridas unas laminillas de aluminio, éstas colocadas en forma radial. La separación de los discos no sobrepasa el medio centímetro. La carga se genera cuando las laminillas entran en contacto con unos peines de cobre que se encuentran sujetos a los extremos de una barra aislada de aluminio, ahí una de las laminillas pierde electrones al frotarse con los peines de cobre y estos viajan al otro extremo de la barra donde la laminilla opuesta los gana, así una laminilla tendrá carga positiva y la otra negativa. Los discos al girar hacen que estas laminillas cargadas se alineen con otro par de laminillas del disco opuesto que también están en contacto con peines de cobre y éstos, a su vez con otra barra aislada . Ahí las laminillas cargadas inducen cargas opuestas en las laminillas del otro disco, esto es conocido como el electróforo de Volta. A cada lado de los discos tenemos un colector de carga en forma de U. Debido al diseño a cada colector, le corresponde un tipo de carga. Estos colectores están conectados a dos botellas de Leyden, que tienen un punto común o tierra, y que en nuestro caso es un alambre que está debajo de la base de la máquina. La máquina es accionada por un sencillo sistema de poleas y una manivela. Por último la máquina de Wimshurst consta de unas barras terminadas en esferas en donde se llevan a cabo las descargas eléctricas.

Las mediciones:

1. Se realizó una prueba inicial del buen funcionamiento de la máquina: se procedió a separar las barras de descarga a una distancia arbitraria de 1 cm y se giró la manivela en una dirección diferente por turno, para determinar primero la polaridad de la máquina.

2.. Para observar los efectos en cuanto a la producción del arco elécttrico dependiendo de la distancia de separación de las barras de descarga, con ayuda de una escala, se procedió a separar las terminales de las barras de descarga 1cm por vez, activándose la máquina hasta que se producía un arco eléctrico, se repitió esta operación hasta obtener el que a nuestro juicio fue el máximo arco que se podria producir con nuestra máquina; esta separación es la que se menciona como separación Nos preguntamos entonces como afectaba a la capacitancia la anexión en serie o en paralelo de mas botellas de Leyden y como la capacitancia afectaba el tamaño del arco eléctrico.

Para contestarnos esto, se procedió a anexarle a nuestra máquina 4 botellas de Leyden extras.

Primero se colocaron las botellas de Leyden formando un arreglo en paralelo y se midió el arco máximo logrado por la máquina. Después de la medición se colocaron las botellas de Leyden formando un arreglo en serie y se midió el arco máximo logrado por la máquina.

Las mediciones anteriores se realizaron con el fin de poder determinar la máxima tensión eléctrica que nuestra máquina podía producir, para lo anterior fue necesario medir la rigidez dieléctrica del aire. La rigidez dieléctrica es aquel valor de E para el cual un material dado deja de ser aislante para convertirse en conductor. Obtenemos que la rigidez dieléctrica del aire 3643 volts aproximadamente.

Consideremos dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos, y supongamos que los dos conductores tienen cargas iguales y de signo opuesto.  Esto se puede lograr conectando los dos conductores descargados a las terminales de una batería o en nuestro caso a nuestras botellas de Leyden.  Una combinación de conductores así cargados es un dispositivo conocido como capacitor.






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