La máquina de Wimshurst

FORMATO DE IMPRESIÓN DE PRÁCTICA
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OBJETIVO

Al término de la presente experiencia el alumno conocerá, describirá y utilizara la máquina de Wimshurst para la generación de cargas electrostáticas.

ANTECEDENTES TEÓRICOS

1. Descripción

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.

Se compone por dos discos circulares "1" y "2" de plexiglass de 31 cm de diámetro que giran en sentido contrario. Cada una de los discos lleva una serie de sectores metálicos "1V" y "2R" en su superficie externa cercana al perímetro. En el frente de cada disco están montadas diagonalmente los compensadores "3R" y "4V" los cuales pueden ser rotados en sus ejes. Los compensadores son varillas metálicas cuyos dos extremos terminan en pinceles de alambres los cuales frotan sobre los sectores metálicos opuestos.

La corriente es colectada por peines en forma de herradura "5" que abrazan ambos discos. Uno recoge cargas positivas y el otro, cargas negativas.

Estos peines están conectados a los electrodos "6" donde se produce la chispa.

Existen dos botellas de Leyden "8" las cuales se conectan mediante las varillas "7" para producir una chispa más retardada pero más fuerte.

Las terminales "9" están conectadas a las botellas de Leyden.

La corriente de corto circuito es aproximadamente 30 μA.

2. Principio de operación

Inicialmente la carga en los sectores metálicos es un residuo de la última vez que se hizo funcionar la máquina. Por ejemplo, si el sector "IV" en el disco frontal está cargado positivamente y en el disco posterior, exactamente en la misma posición, está el compensador "3R" rozando al sector "2R", entonces "IV" inducirá una carga equivalente positiva en "2R" y por el compensador "3R" fluirá una carga equivalente positiva al sector opuesto "2R", el que a su vez inducirá una correspondiente carga negativa en el sector opuesto "IV".

IMAGEN

Cuando el disco 2 gira la carga permanece en sus sectores. Al girar a una posición correspondiente con otros sectores "IV" y con el compensador "4V", la carga negativa de "2R" induce una carga correspondiente positiva en el sector "IV" con la correspondiente carga negativa en el sector diametralmente opuesto "IV" vía compensador "4V" y éste una carga positiva en el sector opuesto “2R”.

Enseguida se puede examinar la rotación del disco 1 hasta posicionar el sector positivo "1V", en correspondencia con el sector "2R" y el compensador "3R" y así sucesivamente.

En esta explicación primero se mueve un disco y después el otro aunque en realidad estas dos acciones toman lugar en secuencias simultáneamente. Los sectores con carga positiva y negativa se descargan a través de los peines "5" y luego fluye a los electrodos "6" donde la carga se acumula hasta producirse la chispa.

3. Operación

La máquina de Wimshurst está lista para usarse. La mejor posición para los compensadores es cuando están aproximadamente 45º del eje horizontal. Cuando las botellas de Leyden se conectan, se descarga más energía en el arco.

La polaridad se puede determinar usando uno de los electrodos para cargar un electroscopio. Si el electroscopio se puede descargar haciendo contacto con una varilla de plástico, (la cual ha sido cargada por fricción negativamente al frotar con un trozo de lana), esto prueba que el electrodo en uso es positivo. Si el electroscopio recibe una carga adicional, el electrodo es negativo. No ocurren cambios en la polaridad mientras la máquina esté operando.

Este aparato se puede usar como una fuente de alimentación para numerosos experimentos de naturaleza electrostática principalmente.

NOTA 1: Si la potencia de salida es muy baja puede ser necesario remover el polvo y soplar aire tibio de un calentador de aire sobre la máquina por 10 minutos antes de iniciar.

NOTA 2: Solamente los cepillos de los conductores diagonales deben tocar los sectores metálicos. Los peines "5" deben estar cerca del disco pero sin tocarlo. Para descargar las botellas de Leyden se deben conectar juntas por un corto tiempo.

Material y Equipo a Utilizar

 una maquina de Wimshurst

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.       Coloque los electrodos "6" aproximadamente 2 cm entre sí y haga funcionar la máquina de Wimshurst. Anote sus observaciones.

2.       Conecte las botellas de Leyden "8" empleando las varillas "7". Anote sus observaciones.

Observe con detenimiento el siguiente video