Electrostatica

F´ ısica de juguetes y dispositivos sencillos. M´quinas electrost´ticas a a
J. G¨´mez ue Departamento de F´ ısica Aplicada Universidad de Cantabria Septiembre 26, 2007

Resumen Se analiza el funcionamiento de generadores de carga electrost´tica a como la m´quina de Wimshurst, el generador Van de Graaff y el genera ador de gotas de Kelvin. Estas m´quinas producen separaci´n de cargas a o y seutilizan para realizar experiencias de electrost´tica. a

Electr´foro o
Con la ayuda de un electr´foro (Fig. 1) se puede construir una primera o m´quina electrost´tica, capaz de producir movimiento mec´nico (oscilaciones) a a a a partir de la electricidad (separaci´n de cargas) 1 . o

Figura 1: Al colocar una placa met´lica sobre una superficie cargada se induce carga a de signo contrario en laparte de la placa pr´xima a la superficie, con carga del mismo o signo en la parte superior. Si, con la ayuda de un conductor, la parte superior de la placa se descarga, queda una carga neta sobre la placa de signo contrario al de la superficie. Esta carga se puede transportar si la placa est´ dotada de un mango a aislante (http://groups.physics.umn.edu/demo/static− chargeframe.html)

Cuando elelectr´foro se carga, la bolita situada en su periferia tambi´n se o e carga, y con carga del mismo signo que la base 2 Las mismas cargas se repelen,
Gordon R. Gore and William R. Gregg , Three inexpensive high-voltage electricity demonstrations, Phys. Teach. 30, 400-401 (1992) 2 Alan Van Heuvelen, Leith Allen, and Pavlos Mihas , Experiment problems for electricity and magnetism, Phys. Teach. 37,482-485 (1999). Si a un electr´foro se le coloca una bolita o
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la bolita unida al hilo se aleja del borde del electr´foro, se descarga en el aire, o por la humedad, y vuelve a acercarse al borde del electr´foro para cargarse de o nuevo y repetir el proceso. Si en el camino de la bolita se pone un dedo, el proceso de descarga es m´s r´pido y las oscilaciones tambi´n se producen con a a emayor frecuencia.

M´quina de Winshurst a
La m´quina de Wimshurst (Fig. 2) se utiliza para obtener grandes cantia dades de cargas, separadas en negativas y positivas, mediante un proceso de inducci´n mutua entre dos cilindros que giran 3 Es decir, el proceso de proo ducir cargas de distinto signo y almacenarlas en dos condensadores diferentes se puede automatizar con la m´quina de Wimshurst 4 .Se trata de dos c´ a ırculos de material no conductor que se hacen girar en sentidos contrarios (Fig. ?? y que est´n conectados a diversos peines met´licos, cuya misi´n es recoger la a a o carga que se produzca y llevarla a dos condensadores diferentes 5 . Cuando una carga el´ctrica se fija sobre una de las ruedas (se colocan unas piezas met´licas e a muy planas sobre la superficie de las ruedaspara ayudas a producir cargas por fricci´n), induce una carga de sentido contrario en la otra rueda. Como giran o en sentido contrario, las cargas de signo diferentes se recogen en dos peines diferentes, que se encuentran colocados perpendiculares uno al otro. Como los peines tienen la longitud de un di´metro trasladan carga al otro extremo de a cada rueda, lo que vuelve a repetir el proceso deinducci´n. Las cargas se van o recogiendo en esferas met´licas o, si se conectan, en condensadores. a La densidad de carga es mayor en las superficies con menor radio de curvatura, especialmente en las puntas. Como las esferas peque˜as acumulan n menos carga, no consiguen los campos el´ctricos necesarios para producir la e ruptura diel´ctrica del aire si se encuentran a mucha distancia 6 . Cuanto emayor sea el radio de las esferas cargadas mayor ser´n la longitud del rayo a producido. Los dos extremos de la m´quina se pueden conectar a las partes a interior y exterior de una botella de Leyden o a dos condensadores diferentes. Una botella de Leyden, condensador original, se construye con un vaso de precipitados ak que se le ha rodeado en su interior con papel de aluminio, formando una capa en...