Microsoft PowerPoint - Taller, historia, fen\363menos

Este taller tiene varios objetivos a cumplir:
Taller
Historia, fenómenos,
experiencias e impacto
social del
electromagnetismo
Prof. Ing. Agustín Carpio
Colaboración
Ing.José María Triano
A.C.
Introducción
Para todos nos resulta cómodo sentarnos frente a un
televisor, tomar el control y encenderlo, cambiar de canal, entre
1.
Conocer y secuenciar los fenómenos relacionados con el
electromagnetismo
2.
Desarrollo histórico de cuando y como ocurrieron los fenómenos
3.
Conocer a los personajes responsables de que estos ocurran
4.
Relación del magnetismo y el electromagnetismo con otras
ciencias
5.
Analizar el impacto de estos fenómenos sobre la sociedad
6.
Desarrollo de experiencias prácticas de los fenómenos.
7.
Relacionar los descubrimientos con otros acontecimientos de la
humanidad
8.
Utilización de las nuevas tecnologías didácticas
A.C.
El fenómeno del magnetismo se
conoce desde hace miles de años.
Las manifestaciones conocidas
antiguamente son las que corresponden
a los imanes naturales o piedras imán,
como la magnetita.
otras operaciones; de igual forma que a un obrero de un taller le
resultaría familiar encender cualquier equipo o máquina
herramienta, o quién, no ha tenido que grabar información en un
disquete o en un disco duro de una computadora; sin embargo,
qué lejos estamos de imaginarnos de cuántos científicos e
Magnetita
Se trata de un mineral del grupo de los óxidos, mezcla de
óxidos de hierro FeO.Fe2O3 que también puede representarse como
(Fe3O4). Cristaliza en el sistema cúbico, generalmente en octaedros o
rombododecaedros.
inventores han invertido infinidad de horas en investigaciones
sobre una rama de la Física: que es el electromagnetismo, sobre
los que se sustenta los principios de funcionamiento de
determinados dispositivos eléctricos y electrónicos que posibilitan
las operaciones antes enunciadas.
Es un mineral muy denso, frágil, duro y con propiedades
ferromagnéticas, es capaz de atrae al hierro y al acero junto con otros
metales. Su color es pardo negruzco, con brillo metálico. Es una de las
principales menas de hierro.
En la antigüedad se la conocía como piedra imán
A.C.
Según el poeta romano
Lucrecio, que escribía en el año 60
antes de nuestra era, la palabra
magnes , de la cual deriva el vocablo
magnetismo, proviene de Magnesia,
región de Asia Menor en que
abundaba el mineral magnético;
nadie sabe dónde ni cuando se
advirtió por primera vez la facultad
directriz de un imán suspendido o
flotante.
A.C.
A.C.
En la imagen puede
verse una piedra imán que se
conserva en el Museo Nacional
de Ciencia y Tecnología de
Madrid. Muestra, desde
entonces, su fuerza magnética
sosteniendo en suspenso una
gruesa pieza de metal.
A.C.
1
Aun cuando la piedra imán
es conocida por el hombre, desde
época remota, los conocimientos que
pueden considerarse como realmente
científicos, en lo que al magnetismo
se refiere, datan de una época
relativamente reciente.
La historia del magnetismo está
vinculada íntimamente a la de la brújula,
y aun cuando algunos pueblos europeos,
y también árabes, pretenden haber
acunado al inventor de ese maravilloso
instrumento, no cabe duda alguna de que
esta invención se la debemos a la China.
Una de las primeras brújulas,
construida hace milenios, era la mano de la
figurilla instalada en el carruaje siempre
señalaba hacia el Sur.
A.C.
Se dice que los fenicios fueron los primeros en aplicar la
energía magnética del imán en sus viajes náuticos comerciales,
pero la primera referencia clara a un compás marítimo es de
finales del Siglo XII.
A.C.
Los musulmanes en posesión de la
brújula y el astrolabio antes que los
europeos , estuvieron en disposición de
hacer excelentes mapas que más tarde
serían copiados e imitados por los grandes
cartógrafos catalanes e italianos.
El nombre de “brújula” proviene de “buxula” ,del latín boxus
“cajita”, aparece descrito en La Divina Comedia de Dante, cajita
hecha de boj o buxus . En la terminología marinera a la brújula se
la denomina también compás (que proviene de una palabra
francesa que significa girar).
La imagen muestra
una brújula china que data
aproximadamente de los
años 300-200 D. C. La forma
de cuchara se hacía de
piedra imán y podía girar en
el plato plano debajo de ella,
apuntando al sur.
A.C.
Se desprende de aquí que lo más probable es que
los navegantes del siglo XII del Mediterráneo tomaran de
los árabes el conocimiento de las brújula, que a su vez
éstos habían tomado de los chinos, y es asombroso pensar
que, a pesar del uso constante de dicho instrumento, hasta
el siglo XVI no se tuviera alguna idea acerca del
magnetismo terrestre y de las acciones entre los polos de
dos imanes.
A.C.
El compás magnético pronto se extendió por Europa.
Cristóbal Colón, 1492,lo usó cuando cruzó el Océano Atlántico,
notando no solamente que la aguja se desviaba ligeramente del
Norte exacto, indicado por las estrellas, sino también que la
desviación cambiaba durante el viaje
Desde el Siglo VIII hasta mediados
del XVII , las marinas musulmanas como la
Aglaví , la Fatimí , la Berberisca de Barbarroja
o la Otomana de Soleiman El Magnífico ,
controlaron en casi su totalidad las grandes
rutas marítimas y durante esas centurias el
Mediterráneo fue UN MAR ISLAMICO
A.C.
A.C.
2
Thales de Miletus (630-550 AC) fue
el primero, que cerca del 600 AC, conociera
el hecho de que el ámbar, al ser frotados con
seda o lana tenían la propiedad de atraer los
cuerpos suficientemente ligeros; hoy se dice
que los cuerpos frotados que poseen esta
propiedad se electrizan.
Más antigua, es entonces, la noción de que un mineral de
hierro tiene a menudo la propiedad de atraer limaduras de hierro,
especialmente en algunas zonas de su superficie.
Esta propiedad, denominada propiedad magnética, fue
descubierta primeramente en ciertas clases de óxidos de hierro
(llamado óxido magnético Fe3O4, magnetita) que se hallan imantadas
naturalmente, son los imanes naturales.
A.C.
A.C.
El Físico Real Willian Gilbert
estudió en Cambridge y, después de
viajar por el continente europeo, fue
médico de la Reina Isabel I de
Inglaterra. Hizo hincapié en el método
experimental, utilizándolo para
ahondar en el conocimiento del
magnetismo
Descubrió la imantación por influencia, y observó que la
imantación del hierro se pierde cuando se calienta al rojo.
W. Gilbert fue el primero en acuñar el término “electricidad”
que proviene de la palabra griega élektron que significa
precisamente ámbar, y en introducir los términos atracción eléctrica,
fuerza eléctrica y polo magnético.
A.C.
A.C.
En 1600 fue publicada su obra “De
Magnete”, uno de los trabajos claves de la
revolución científica de esa época. En sus seis
tomos, Gilbert describió múltiples fenómenos
magnéticos.
Dedujo las
propiedades de atracción de
los polos opuestos y propuso
una explicación a las
variaciones observadas por
Colón y otros navegantes: la
Tierra es un imán gigante,
con sus polos magnéticos a
cierta distancia de sus polos
geográficos.
A.C.
Los experimentos de Gilbert con la
esférica "terrella" ("pequeña Tierra") lo
convencen de que consigue su
descubrimiento principal. Propone que la
misteriosa direccionalidad de la aguja tiene
lugar por que la propia Tierra era un imán
gigantesco.
Observó que cuando una
aguja pequeña ("versorium") se mueve
sobre la superficie de un imán
esférico, reproduce fielmente el
proceso de la aguja de la brújula. No
solo apunta la aguja hacia el polo
cuando se posiciona en un plano
tangencial a la esfera, sino que
también se inclina hacia abajo en un
ángulo cuando pivota sobre un eje
horizontal, reproduciendo la
"inclinación magnética" descubierta en
1581 por Robert Norman.
Fue preciso llegar al año 1600
(William Gilbert) para que la atención
de los físicos empezara a dirigirse al
estudio mas sistemático de estos
fenómenos, fue el primero en anunciar
la idea de que la tierra era un gran
imán y que no había que buscar la
causa de la dirección de la aguja ni en
el cielo ni en masas de hierro
accidentalmente distribuidas, sino que
el globo terráqueo era en si un gran
imán.
La terrella de Gilbert,
un modelo de la Tierra
magnética
Henry Gellibrand, 1635. Astrónomo y matemático británico.
Sus investigaciones en el campo de la astronomía le llevaron a
descubrir que la orientación del norte de la brújula cambia con el
tiempo, lo que constituyó la primera indicación de la variación de los
ángulos de inclinación y declinación del campo magnético
terrestre.
Significaba que las observaciones magnéticas de las posiciones
locales después de algunas décadas eran inexactas y, por
consiguiente, debían repetirse de vez en cuando.
Edmond Halley (famoso por el cometa),
en 1692, salió a relucir ingeniosamente, que la
Tierra contenía un cierto número de capas
esféricas, una dentro del otra, cada una imantada
de forma diferente y que giraban lentamente entre
sí.
De sus observaciones Halley hizo la primera carta magnética
(más bien, la primera carta de perfiles existente) y que se usó
ampliamente durante el siglo XVIII, aún cuando no se volvió a
A.C.
actualizar.
3
Declinación del campo magnético de la tierra (año 2000)
Líneas Isógonas o Líneas Isogónicas
- Línea Agónica.
A.C.
A.C.
Inclinación magnética (año 2000)
Campo magnético terrestre
Lineas isoclinas – La línea aclínica y equivale al ecuador magnético
A.C.
A.C.
El Polo Norte Magnético se ha
desplazado 1.100 kilómetros en el
último siglo, lo que representa un
movimiento sin precedentes en los
últimos 2.600 años que anuncia
bruscos cambios geomagnéticos
futuros, según una investigación
realizada por la Universidad de
Oregón. La velocidad de
desplazamiento del Polo Norte
Magnético ha aumentado
significativamente, pasando de los
10 kilómetros por año en 1970, a
los 40 kilómetros anuales de la
actualidad. A pesar de estas
inusitadas anomalías, los
investigadores no ven indicios de
una nueva reversión de los polos
magnéticos terrestres, tal como
ocurrió hace 780.000 años.
A.C.
Imágen de la extensión del casquete polar
tomada por la NASA en 2005
A.C.
4
En grandes trazos, la Tierra podría describirse compuesta
por tres capas concéntricas, a saber:
· el núcleo interior, sólido, constituido por una esfera central
de 1200km de radio;
· el núcleo exterior, de metal fundido, la capa intermedia que
ocupa la zona entre los 1200km y los 3300km desde el
centro de la Tierra, y
· el manto, la capa exterior que, a su vez, tiene tres zonas
(de adentro hacia afuera: la inferior, la superior y la
litosfera), y ocupa la porción exterior de la esfera terrestre,
desde los 3300km a los 6300km desde el centro del
planeta.
A.C.
A.C.
Magnetismo planetario
Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado
más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años.
El magnetismo es un fenómeno extendido a todos los átomos
con desequilibrio magnético.
El estudio de los sedimentos del fondo del oceano indica que el
campo estuvo prácticamente inactivo durante 10 o 20 mil años, hace
poco más de un millón de años.
La agrupación de dichos átomos produce los fenómenos
magnéticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre
ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un
campo magnético de una cierta intensidad.
No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente inversión
porque la secuencia no es regular.
En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve está
influenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo
magnético terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre,
dentro del anterior.
Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en
la intensidad del campo magnético en los últimos 100 años.
Si se mantiene este ritmo el campo volverá a invertirse dentro
de unos 2.002 años.
A.C.
Dicha burbuja tiene una capa límite entre su influencia y la solar
(magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, y
alargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie
terrestre en los polos magnéticos terrestres.
A.C.
La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos
y las partículas cargadas provenientes del Sol produce fenómenos como
las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las
comunicaciones por ondas electromagnéticas, así como alteraciones en
los satélites artificiales en órbita.
A.C.
A.C.
5
Propiedades de los imanes
El Magnetismo: es la fuerza producida por imanes, que
atraen materiales como hierro, el acero, el cobalto y el níquel.
Clasificación de los imanes según su origen
•Imanes naturales. Existentes en la naturaleza, la magnetita
•Imanes artificiales: Se obtienen por imantación de ciertas
sustancias, como el hierro y acero
Clases de imanes
•Temporales: pierden sus propiedades cuando deja de actuar
sobre ellos la causa que produce la imantación
Polos de un imán
Los extremos de un imán se los denominan polos y en
ellos el poder de atracción es máximo.
En cambio, la capacidad
de atracción del imán es
prácticamente nula en su parte
central, denominada línea
neutra.
El polo que señala hacia
el Norte geográfico se denomina
polo norte del imán y el que se
orienta hacia el sur recibe el
nombre de polo sur del imán.
•Permanentes: mantienen sus propiedades aunque deje de
actuar la causa que produce laA.C.
imantación
El imán tiene un polo norte y un polo sur. Si el norte se
acerca al polo sur de otro imán, se atraen.
A.C.
Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos
se atraen.
En cambio, si los dos polos norte o los dos polos sur se
acercan, los imanes se repelan.
Si dividimos un imán recto por la mitad, obtenemos dos nuevos
imanes, cada uno de los cuales tienen un polo norte y un polo sur.
A.C.
A.C.
Obtención de un imán
Hay diversos métodos para obtener imanes artificiales:
Imantación por contacto
Campo magnético
El campo magnético de un imán es la región del
espacio que le rodea y en la que se pone de manifiesto fuerzas
magnéticas sobre otros cuerpos
Imantación por frotamiento
Imantación por influencia
A.C.
La intensidad del campo magnético varía entre
distintos puntos en torno al imán; es mayor en la cercanía de
este y más débil en los puntos mas alejados
A.C.
6
Líneas de campo
Las líneas de campo representan el campo
magnético, nos permite conocer la intensidad y
dirección del mismo.
Espectro magnético
Donde las líneas se encuentran mas
cercas entre ellas, el campo magnético en mas
intenso.
Las líneas de campo son líneas cerradas y
se les atribuye por convenio un sentido.
Las líneas de campo salen del polo
norte del imán, recorren el espacio exterior y
regresan al imán por el polo sur, cerrando las
mismas con el polo norte por su interior.
A.C.
A.C.
Clasificación de los los materiales
Espectro magnético
Paramagnéticos.
Diamagnéticos.
El paramagnetismo es la tendencia de los
momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a
alinearse paralelamente a un campo magnético.
Si estos momentos magnéticos están
fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será
ferromagnetismo.
Cuando no existe ningún campo magnético
externo, estos momentos magnéticos están orientados
al azar
El manganeso, paladio y el oxígeno en estado
líquido son materiales paramagnéticos.
A.C.
Llamamos materiales diamagnéticos a los que son repelidos
por el campo magnético. La debilidad de la fuerza de repulsión se
explica porque sus moléculas no se comportan como imanes; no
hay imanes moleculares en su interior que se orienten por efecto del
campo externo.
El diamante, el bismuto, el cobre,el oro, la plata,el plomo, el
mercurio y el agua, son materiales diamagnéticos.
El grafito pirolítico tiene un diamagnetismo especialmente alto
El fenómeno del diamagnetismo fue
descubierto y nominado por primera vez
en 1845 por Michael Faraday cuando vio
un trozo de bismuto que era repelido por
un polo cualquiera de un imán; lo que
indica que el campo externo del imán
induce un dipolo magnético en el bismuto
de sentido opuesto.
A.C.
A.C.
Ferromagnéticos.
Son los materiales magnéticos que presentan una
gran facilidad para imantarse; sus moléculas se
comportan como pequeños imanes o dipolos
magnéticos, los que por interacción magnética se
orientan entre sí formando los dominios magnéticos.
Cuando se les coloca en las proximidades de un
imán se convierten en otro imán inducido, por lo que
siempre se producirá una fuerza de atracción.
El hierro, el níquel, el cobalto son materiales
ferromagnéticos
A.C.
7
Cuando a un material
ferromagnético se le aplica un campo
magnético creciente Bap su imantación
crece desde O hasta la saturación Ms,
ya que todos los dominios magnéticos
están alineados
En el interior de la materia existen pequeñas corrientes
cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los
átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo,
denominados también dominios magnéticos.
N
S
N
N
S N
S
S
S
S
S N
N
S N
S N
S
S N
N
Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas
direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta
propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean,
actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se
ha magnetizado.
S
N
S
S
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S
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S N
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S N
S N
Este efecto de no reversibilidad
se denomina ciclo de histéresis.
El área incluida en la curva de histéresis es proporcional a la
energía disipada en forma de calor en el proceso irreversible de
imantación y desimantación.
N
A.C.
A.C.
Material "duro"
Material "blando"
Tipos de imanes.
Cerámicos o de Ferrita.- desarrollados entre 1950 y 1960
Se fabrican a partir de partículas muy finas de material
ferromagnético (óxidos de hierro) que se transforman en un
conglomerado por medio de tratamientos térmicos a presión elevada,
sin sobrepasar la temperatura de fusión.
Otro tipo de imanes cerámicos, conocidos como ferritas, están
fabricados con una mezcla de bario y estroncio. Son resistentes a
muchas sustancias químicas (disolventes y ácidos) y pueden utilizarse
a temperaturas comprendidas entre _40 ºC y 260 ºC
ALNICO desarrollados entre 1930 y 1960
Dominan el 90% del mercado de imanes
por ser suficientemente buenos y mucho
más baratos.
Tienen la ventaja de poseer un buen
precio, aunque no tienen mucha fuerza,
pueden producir un campo de hasta
0,15 Tesla.
A.C.
Fabricados por fusión/sinterización, compuesto por un 8%
de Aluminio, un 14% de Níquel, un 24% de Cobalto, un 51% de
Hierro y un 3% de Cobre y en ocasiones Titanio.
Son lo que presentan mejor comportamiento a
temperaturas elevadas, aunque son susceptibles de
desmagnetización.
A.C.
De Tierras Raras.Entre 1970 y 1990
aproximadamente, se
descubrió y desarrolló una
nueva generación de imanes
intermetálicos con Tierras
Raras (RE), denominados
"superimanes" o "imanes
permanentes con tierras
raras" (REPM).
Son metálicos, con una fuerza de 6 a 10 veces superior a
los materiales magnéticos tradicionales, y con temperaturas de
trabajo varían según el material. En Neodimio, su temperatura de
trabajo puede llegar de 90ºC hasta 150ºC, en Samario-Cobalto,
pueden llegar hasta 350ºC.
Este tipo de imán, de "tierra rara", es llamado así porque los
elementos que lo componen fueron encontrados dentro de la Tabla de
Elementos como "Lantánidos".
La utilización de estos imanes está condicionada por la
temperatura. Para evitar problemas de oxidación en los Neodimio,
se recubren según necesidades, los imanes de Samario no
presentan problemas de oxidación.
Prensados y horneados
A.C.
A.C.
8
A.C.
Imanes flexibles
Se fabrican por aglomeración de partículas magnéticas
(hierro y estroncio) en un elastómero (caucho, PVC, etc.).
Su principal característica es la flexibilidad, presentan forma de
rollos o planchas con posibilidad de una cara adhesiva. Se
utilizan en publicidad, cierres para nevera, llaves codificadas, etc.
Consisten en una serie de bandas estrechas que alternan
los polos norte y sur. Justo en la superficie su campo magnético
es intenso pero se anula a una distancia muy pequeña,
dependiendo de la anchura de las bandas.
A.C.
En la segunda mitad del siglo XVIII, en Inglaterra, se
detecta una transformación profunda en los sistemas de trabajo y
de la estructura de la sociedad.
Es el resultado de un crecimiento y de unos cambios que
se han venido produciendo durante los últimos cien años; no es
una revolución repentina, sino lenta e imparable.
A.C.
A.C.
Revolución Industrial (1750 y 1820) .
El cambio que se produce en la Historia Moderna de Europa
por el cual se desencadena el paso desde una economía agraria y
artesana a otra dominada por la industria y la mecanización es lo que
denominamos Revolución Industrial.
A.C.
La Revolución Francesa ( 1789-1799) se encuadra
dentro del ciclo de transformaciones políticas y económicas que
marcaron el fin de la Edad Moderna y el comienzo de la Edad
Contemporánea
A.C.
9
En el mes de abril de
aquel mismo año de 1789
fue nombrado primer
presidente de los Estados
Unidos de América
Revolución Francesa, el desarrollo de la Revolución
Industrial, iniciada en la Gran Bretaña y la independencia de EEUU ,
son los tres grandes procesos que señalan esta transición histórica.
A.C.
Luigi Galvani (1737-1798)
propuso la teoría de la
Electricidad Animal, lo cual
contrarió a Volta, quien creía
que las contracciones
musculares eran el resultado
del contacto de los dos
metales con el músculo.
Benjamín Franklin (1706-1790)
Este polifacético norteamericano:
político, impresor, editor y físico, investigo
los fenómenos eléctricos e invento el
pararrayos.
Desarrollo una teoría según la
cual la electricidad era un fluido único
existente en toda materia y califico a las
substancias en eléctricamente positivas y
eléctricamente negativas, de acuerdo con
el exceso o defecto de ese fluido
A.C.
Mucho tiempo después, con la realización
de la corriente eléctrica (Alejandro Volta, 1800)
construye la primera celda Electrostática y la
batería capaz de producir corriente eléctrica.
Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico
Italiano Luigi Galvani sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en
las ancas de ranas. Sus investigaciones posteriores le permitieron
elaborar una celda química capaz de producir corriente contínua,
fue así como desarrollo la Pila.
A.C.
La pila voltaica, consiste de treinta discos de metal,
separados por paños húmedos. que él llamó «aparato
electromotor de columna»
A.C.
En la Academia de Ciencias de París Alejandro Volta, físico italiano, presenta su invento,
ante Napoleón, llamado "pila de Volta".
Apiló estos discos comenzando por
cualquiera de los metálicos, por ejemplo uno de
cobre, y sobre éste uno de cinc, sobre el cual
colocó uno de los discos mojados y después
uno de cobre, y así sucesivamente hasta formar
una columna o ´pila´. Al conectar unas tiras
metálicas a ambos extremas consiguió obtener
chispas
La unidad de fuerza electromotriz del Sistema Internacional
lleva el nombre de voltio en su honor desde el año 1881.
A.C.
A.C.
10
El fundamento de las pilas y
acumuladores es la transformación de
la energía química en eléctrica,
mediante reacciones de oxidaciónreducción producidas en los
electrodos, que generan una corriente
de electrones
A.C.
CLASES DE BATERÍAS
PILA PRIMARIA
La pila primaria más común es la pila Leclanché o pila
seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en la
década de 1860. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al
invento original. El electrolito es una pasta consistente en una
mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo
negativo es de cinc, igual que el recipiente de la pila, y el electrodo
positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de
carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza
electromotriz de unos 1,5 voltios.
En los 200 años que han transcurrido desde
entonces se han construido muchos modelos de pilas,
pero todas ellas se basan en el mismo principio que la
A.C.
pila de Volta.
PILAS SECUNDARIA
El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse
invirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico
francés Gastón Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y
ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería, que
contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en
automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal
es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un
motor; sin embargo, se agota rápidamente.
Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de
mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio. Puede
tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células
fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos. El electrodo negativo es
de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrolito es
una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio
produce 1,34 V, aproximadamente.
A.C.
Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o
batería de níquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense
Thomas Edison entorno a 1900. El principio de funcionamiento
es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el
electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo es de óxido
de níquel y el electrolito es una disolución de hidróxido de potasio.
La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas
hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en
la industria pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de
unos diez años y produce 1,15 V, aproximadamente.
Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de
níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de
hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce también 1,15 V y su
vida útil es de unos 25 años.
A.C.
A.C.
COMPOSICIÓN DE BATERÍAS MÁS COMUNES
Zinc/Carbono: son las pilas llamadas comunes o
especiales para linterna, contienen muy poco Mercurio, menos
del 0,01%. Esta compuesta por Carbono, Zinc, Dióxido de
Manganeso y Cloruro de Amoníaco. Puede contaminar 3.000
litros de agua por unidad.
Alcalinas (Manganeso): son mas recientes que las
anteriores. Su principio activo es un compuesto alcalino (Hidróxido
Potasio). Su duración es 6 veces mayor que las Zinc/Carbono.
Esta compuesta por Dióxido de Manganeso, Hidróxido de Potasio,
pasta de Zinc amalgamada con Mercurio (total 1%), Carbón o
Grafito. Una sola pila alcalina puede contaminar 175.000 litros
de agua (mas de lo que puede consumir un hombre en toda
su vida).
A.C.
11
Después de Volta que pasa?
Mercurio: Fue la primer pila que se construyo del tipo
micropila o botón. Exteriormente se construyen de acero y consta
de un electrodo de Oxido de Mercurio con polvo de Grafito, el
electrolito esta compuesto de Hidróxido de Potasio embebido en
un material esponjoso absorbente y pasta de Zinc disuelto en
Mercurio. Contiene entre un 25 y un 30% de Mercurio. Esta
micropila puede contaminar 600.000 litros de agua.
Níquel/Cadmio: Esta pila tiene la forma de la pila clásica o
alcalina, pero tiene la ventaja que se puede recargar muchas
veces. Esta constituida por Níquel laminado y Cadmio separado por
nylon o polipropileno, todo arrollado en espiral. No contiene
Mercurio. Sus residuos son peligrosos para elmedio ambiente,
principalmente por la presencia del Cadmio.
A.C.
Mientras efectuaba su demostración eléctrica notó,
sorprendido, que cada vez que era conectada la corriente eléctrica,
la aguja del compás se movía. No dijo nada y terminó sus
demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó
intensamente, tratando de comprender el nuevo fenómeno.
No fue sino hasta 1820, y por
accidente, cuando el físico danés Hans
Christian Oersted realizó un descubrimiento
sorprendente. Siendo Profesor de Ciencias en
la Universidad de Copenhague, organizó en su
casa una demostración científica para
estudiantes y amigos.
Oersted planeaba demostrar el
calentamiento de un alambre por el flujo de
una corriente eléctrica y también llevar a
cabo demostraciones de magnetismo, para
lo cual había colocado un compás a un lado
de la mesa.
A.C.
Con el experimento fundamental de la acción de una
corriente sobre una aguja magnética (Oersted, 1820), quedo
establecido con seguridad la relación, ya sospechada antes
entre los dos órdenes de fenómenos.
Sin embargo, no pudo explicar por qué sucedía. La aguja no
era atraída ni repelida por el alambre. En cambio, tendía a colocarse
en ángulos rectos. Finalmente, publicó sus descubrimientos sin
darles ninguna explicación.
A.C.
Los experimentos de Oersted causaron gran sensación
y fueron reproducidos por el matemático Dominique François
Jean Arago ante la Academia Francesa en París.
A.C.
Corresponde al físico André-Marie Ampère
(1820) el gran mérito de haber propuesto una
interpretación de los fenómenos magnéticos que,
con pocas variaciones, aún hoy en día es válida y,
según la cual, los fenómenos magnéticos son
debidos a simples acciones entre corrientes
eléctricas.
Siete días después del reporte de Arago, André-Marie
Ampère sugirió que el electromagnetismo era originado por
corrientes eléctricas internas y que éstas fluían
perpendicularmente al eje del imán.
Campo magnético creado por un conductor
rectilíneo. Regla de la mano derecha
A.C.
A.C.
12
El matemático y físico francés pensó que si la corriente en un
alambre ejercía una fuerza magnética en una aguja de la brújula, dos
alambres similares también deberían interactuar magnéticamente.
Concluyó que la naturaleza del magnetismo era diferente de lo que
todos creían; era básicamente una fuerza entre corrientes eléctricas.
En su experimentación con conductores determinó que
estos se atraían si las corrientes eléctricas llevaban la misma
dirección y se repelían si tenían direcciones contrarias, Ley de
Ampere
A.C.
En la misma serie de experimentos del
otoño de 1820 Ampère se dio cuenta de que
una aguja de imán podía detectar una
corriente eléctrica, y basándose en esta idea
construyó un instrumento al que llamó
galvanómetro, nombre que conserva hasta el
día de hoy.
Esta invención de Ampère ha sido primordial ya que toda la
ciencia y tecnología del electromagnetismo no se hubieran podido
desarrollar sin tener un instrumento que midiera corrientes eléctricas.
En su comunicación a la Academia, Ampère dijo:
...........faltaba un instrumento que nos permitiera detectar la presencia
de una corriente eléctrica en una pila o en un conductor y que indicara
su intensidad y sentido. El instrumento ya existe...............
A.C.
Años después, en 1829, el estadounidense
Joseph Henry (1797-1878) construyó una versión
mejorada del electroimán. Para ello enrolló en una
barra de hierro dulce espiras en forma mucho más
apretada y en un número mayor; de esta manera
logró una mayor intensidad magnética.
A.C.
A diferencia de lo que sucede con una barra de ámbar
electrizada por frotamiento, la cual atrae todo tipo de objetos con la
condición de que sean ligeros, un imán ordinario sólo ejerce fuerzas
magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el
hierro. Este fue uno de los obstáculos que impidieron una
aproximación más temprana entre el estudio de la electricidad y el del
magnetismo.
En 1825 el inglés William
Sturgeon (1783-1850) enrolló 18 espiras
de alambre conductor alrededor de una
barra de hierro dulce, que dobló para que
tuviera la forma de una herradura
Al conectar los extremos del cable
a una batería el hierro se magnetizó y pudo
levantar un peso que era 20 veces mayor
que el propio. Este fue el primer
electroimán, es decir, un imán accionado
por electricidad.
A.C.
Joseph Henry, observó
que la polaridad cambiaba al
cambiar la dirección del flujo de
corriente, y desarrolló el
concepto de Inductancia Propia.
En 1846 fue nombrado como el primer Director del Museo
Smithsonian
En el Instituto Smithsoniano se conserva una
pieza valiosa en la historia de la ciencia, el electroimán
que en 1831 diseñara Henry
A.C.
Las contribuciones de Joseph Henry a la ciencia fueron al fin
reconocidas: en 1893 la medida del coeficiente de autoinducción en el
Sistema Internacional, el Henrio A.C.
(H), le debe su nombre.
13
El electroimán se comporta de forma equivalente a un
imán permanente, con la ventaja de que su intensidad se puede
controlar, ya sea cambiando la corriente que se le hace circular o
variando el número de espiras de la bobina. Además, al cesar la
corriente, cuando se desconecta la batería, desaparece el efecto
magnético.
Se pueden encontrar electroimanes en numerosas
aplicaciones de la vida cotidiana, desde relés que permiten
controlar circuitos, hasta grandes grúas para cargar chatarras.
Aparece el término de resistencia Eéctrica
Desde 1825, usando los resultados de sus
experimentos desarrollados en un laboratorio escolar
con los recursos construidos por él mismo, el profesor
alemán Georg Simon Ohm (1787 - 1854) fue capaz
de definir la relación fundamental entre voltaje,
corriente, y resistencia. Esta relación conocida hoy
como Ley de Ohm apareció publicada en 1827
cuando Ohm había cumplido los cuarenta años y se
considera la verdadera apertura hacia el análisis de
los circuitos eléctricos.
Sin embargo entre la comunidad científica alemana sus
trabajos fueron acusados de una excesiva formalización matemática e
ignorada su trascendencia.
A.C.
Fue la Royal Society Londinense la que en 1841 reconoce la
importancia del descubrimiento de Ohm pero no es hasta ocho años
más tarde que cumple sus sueños cuando le ofrecen la cátedra de
Física Experimental de la Universidad de Munich.
A.C.
En 1831, Michael Faraday observó que un
imán generaba una corriente eléctrica en las
proximidades de una bobina, siempre que el imán o
la bobina estuvieran en movimiento, descubriendo así
la inducción electromagnética.
1831 - Michael
A.C.
El gran descubrimiento de Michael Faraday de la
inducción electromagnética en 1831, se estaba duplicando en
forma independiente por el físico Joseph Henry, pero
Faraday recibió el crédito del descubrimiento porque sus
resultados se publicaron primero.
Fue también el físico mas eminente de los Estados
Unidos de América en el siglo XIX y el primer secretario del
Instituto Smithsoniano.
A.C.
Faraday logra describir, en su parte técnica, las leyes del electromagnetismo.
A.C.
Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como
encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer
y desarrollar su interés por la Física y Química.
A pesar de su baja preparación formal, dio un paso
fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el
magnetismo produce electricidad a través del movimiento.
Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica.
Faraday estableció la ley cuantitativa de la inducción
electromagnética, que dice: La fuerza electromotriz de inducción es
proporcional a la variación de flujo que la origina e inversamente
proporcional al tiempo en que se produce, como al número de espiras
de la bobina.
A.C.
14
El científico inglés
realizó descubrimientos
fundamentales en electricidad y
magnetismo. Su gran paciencia
y capacidad de observación le
permitieron ver las líneas de
fuerza que salían del imán y
observar este fenómeno en diez
días de febril investigación.
A.C.
Lenz también descubrió independientemente la Ley de
Joule en 1842
Si en unconductor circula corriente eléctrica, parte de la
energía cinética de los electronesse transforma en calor debido al
choque que sufren con las moléculas del conductor por el que
circulan, elevando la temperatura del mismo.
Este efecto es conocido como
efecto Joule en honor a su descubridor el
físico británico James Prescott Joule,
que lo estudió en la década de 1860.
A.C.
Los indios americanos hacían una
hoguera que tapaban periódicamente con
una manta para producir una secesión de
penachos de humo, que eran traducidos en
palabras por un observador distante.
En la Francia de finales s.XVIII se recibía
el primer telegrama óptico, en cuyo texto se
anunciaba la toma por parte del ejército
republicano francés de las plazas fuertes de
Landrecies y Condé. La noticia había sido
transmitida hasta París desde la ciudad de Lille, a
través de una línea de telegrafía óptica de 230
kilómetros, montada sobre 22 torres, la última de
las cuales estaba ubicada en la cúpula del
Louvre.
A.C.
Heinrich Lenz, físico estonio, que estudio
en la universidad de Dorpat y llego a ser profesor
de la de San Petersburgo, conocido
principalmente por formular la ley de la oposición
de las corrientes inducidas que lleva su nombre, y
que enuncio en 1833, Ley de Lenz: El sentido de
las corrientes o fuerza electromotriz inducida es
tal que se opone siempre a la causa que la
produce, o sea, a la variación del flujo.
A.C.
Que otro impacto genero el magnetismo en la sociedad?
Desde tiempos inmemoriales , el hombre ha utilizado algún
método de señales a través del espacio para ponerse en contacto
con sus semejantes , tratando de vencer las distancias , y satisfacer
así una de las mayores necesidades humanas como es la
comunicación
Se sabe que Ciro el Grande , Rey de Persia , empleó un
misterioso sistema de señales , por el cual podía enviar un mensaje
a través del Imperio Persa en un día, distancia que un hombre a
caballo no recorrería en menos de treinta días. Los soldados
romanos enviaban señales moviendo sus escudos , en posiciones
determinadas o mediante destellos producidos por dichos escudos
con la luz del Sol.
A.C.
En 1835. Samuel F.B. Morse
(1791-1867), mientras regresaba de uno
de sus viajes, concibe la idea de un
simple circuito electromagnético para
transmitir información, El Telégrafo.
En 1835 construye el primer
telégrafo.
Gran numero de personas opina
que la primera aplicación practica de la
electricidad fue el telégrafo.
A.C.
15
Cuando el conmutador en la estación emisora está cerrado, la
batería envía una corriente a un electroimán colocado en la estación
receptora, siendo conducida esta corriente por un simple hilo aislado y
retornando por la tierra.
Cuando la corriente pasa a través de las bobinas del electroimán,
una lámina de hierro, mantenida separada de los polos del electroimán por
un ligero muelle, es atraída con un agudo golpe seco.
En el primer telégrafo de Morse, al extremo de la lámina vibrante de
hierro iba colocada una pluma. La atracción de la lámina de hierro obligaba a
la pluma a hacer contacto con una tira móvil de papel, marcando en él una
serie de cortos trazos rectos que representaban con su longitud la duración
relativa del tiempo que el circuito había estado cerrado, transmitiendo así el
A.C.
mensaje en puntos y rayas.
En 1837 se asocia con Joseph Henry y Alfred Vail con el
fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su
desarrollo, fracasa el intento, prosigue solo, obteniendo el exito en
1843, cuando el congreso le aprueba el desarrollo de una línea de
41 millas desde Baltimor hasta el Capitolio en Washingto D.C.
La cual se construye en 1844.
A.C.
Segunda Revolución industrial (1870-1914) es la
continuación del avance tecnológico, iniciado con la Primera
Revolución Industrial.
A causa de cambios técnicos en diferentes campos, que
permiten el aumento de la producción. La revolución se dio en
varios países, no sólo en uno: en Alemania, Francia, Italia y fuera
de Europa en EEUU y Japón, que habría de durar hasta el estallido
de la 1ª Guerra Mundial en 1914.
A.C.
A.C.
En 1868. El Científico Belga
Zénobe-Théophile Gramme (18261901) construyó la primera máquina de
corriente contínua El Dinamo punto de
partida de la nueva industria eléctrica.
En 1870 patentó la teoría de la
Máquina magneto-eléctrica para
producir corriente contínua.
A.C.
En 1870. James Clerk Maxwell
(1831-1879) Matemático Inglés formuló las
cuatros ecuaciones que sirven de
fundamento de la teoría Electromagnética.
Dedujo que la Luz es una onda
electromagnética, y que la energía se
transmite por ondas electromagnéticas a
la velocidad de la Luz
El trabajo de Maxwell más importante y definitivo para el Siglo
XIX se realizó entre 1864 y 1873. Durante estos años, dio forma
matemática a las especulaciones de Michael Faraday sobre las
líneas de fuerza magnéticas y la electricidad.
A.C.
16
Su teoría demostró que la electricidad y el magnetismo
no podían existir aisladamente, por lo tanto se hace referencia a
su obra como la teoría del electromagnetismo
Mediante cuatro ecuaciones, el matemático pudo
expresar el comportamiento de los campos eléctricos y
magnéticos y sus interrelaciones.
En el prefacio de su obra Treatise on Electricity and
Magnetism (1873), James Clerk Maxwell, declaró que su
principal tarea consistía en justificar matemáticamente
conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma
únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción
electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por
Michael Faraday
A.C.
En 1876. Alexander Graham Bell
(1847-1922) Escocés-Americano inventó el
Teléfono.
Durante mucho tiempo, Bell ha sido
considerado el inventor del teléfono. Sin
embargo, aparentemente Bell no fue el
primero en crear este aparato, sino
solamente el primero en patentarlo. Así, el
11 de junio de 2002, el Congreso de Estados
Unidos aprobó la resolución 269 por la que
reconoció que el inventor del teléfono había
sido Antonio Meucci y no Alexander
Graham Bell.
A.C.
Heinrich Rudolf Hertz (22 de
febrero de 1857 – 1 de enero de 1894),
físico alemán por el cual se nombra al
hercio, la unidad de frecuencia del
Sistema Internacional de unidades (SI).
En 1888, fue el primero en demostrar la existencia de la
radiación electromagnética construyendo un aparato para producir
ondas de radio.
Probó experimentalmente que las señales eléctricas
pueden viajar a través del aire libre, como había sido predicho por
James Clerk Maxwell y Michael Faraday
A.C.
En 1857, Antonio Meucci (1808-89)
habla inventado una máquina cuyo
componente esencial era un elemento
vibrador unido a un imán; era el primer
aparato telefónico: Aunque Meucci patento
su hallazgo en 1871, el escaso interés
mostrado por la compañía a la que le ofreció
y las dificultades económicas le hicieron
abandonar el proyecto.
Por este motivo, sería Graham Bell
(1847-1922) quien, finalmente, tras patentar
un aparato semejante en 1876, pasaría a la
historia como el verdadero padre del teléfono,
y ello a pesar de que surgió inmediatamente
una disputa legal que no finalizó hasta 1886 y
con resultado favorable para Meucci.
A.C.
A partir de entonces, los avances más señalados derivaron
en la incorporación de bobinas (1913) y de diversas técnicas que
hicieron posible mantener más de una conexión sobre la misma línea
(1916). Los nombres de Thomas A. Edison, Elisha Gray o Edward
Hughes sé encuentran estrechamente vinculados al desarrollo del
teléfono.
A.C.
Hoy en día, el teléfono ha evolucionado hacia los teléfonos
celulares que son capaces de funcionar en forma inalámbrica y
pueden transmitir imágenes, mensajes de texto y otras
funcionalidades propias de Internet.
A.C. Cada vez son más pequeños y
con más servicios para los usuarios.
17
En 1881. Thomas Alva Edison (18471931) produce la primera Lámpara
Incandescente con un filamento de algodón
carbonizado. Este filamento permaneció
encendido por 44 horas.
En 1881 desarrolló el filamento de
bambú con 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el
filamento de tungsteno con una eficiencia de
7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de
100 w con rendimiento de 10 lúmenes por
vatios.
Hoy en día, las lámparas incandescentes
de filamento de tungsteno de 100 w tienen un
rendimiento del orden de 18 lúmenes por vatios.
En 1882 Edison instaló el
primer sistema eléctrico para vender
energía para la iluminación
incandescente, en los Estados Unidos
para la estación Pearl Street de la
ciudad de New York.
El sistema fue en CD tres hilos, 220110 v con una potencia total de 30 kw.
Thomas Alva Edison. Este gran genio, tal vez el inventor
más prolífico de todos los tiempos, nació en Milán, Ohio, Estados
Unidos.
A Edison le debemos,entre otros inventos, el fonógrafo, la
lámpara eléctrica incandesente, el cine sonoro, el bulbo, el micrófono
y el fluoroscopio; también realizó mejoras y perfeccionó otros inventos.
A.C.
Por otro lado, un inventor
francés, Lucien H. Gaulard, y un
ingeniero inglés, John D. Gibbs,
obtuvieron en 1882 una patente para
un dispositivo que ellos llamaron
generador secundario. De esta
manera incorporaron a un sistema de
iluminación la corriente alterna.
El sistema que ellos patentaron fue una versión poco
práctica de lo que hoy en día llamamos un transformador.
El transformador es el aparato capaz de elevar o reducir el
potencial eléctrico de una corriente alterna, ya que esta es la
tecnología que permite transportar la electricidad a largas
distancias.
A.C.
Faraday no puso mayor atención en este aparato ya que
estaba interesado en otras cuestiones. En el transcurso de los años
varios experimentadores trabajaron con diferentes versiones de
transformadores
A.C.
Si bien,el primer transformador fue, de hecho, construido
por Faraday (1831) cuando realizó los experimentos en los que
descubrió la inducción electromagnética.
Comprobó que al
variar la corriente que circulaba
por una de la bobinas,
cerrando o abriendo el
interruptor, el flujo magnético a
través de la otra bobina
variaba y se inducía una
corriente eléctrica en la
segunda bobina., este
dispositivo es precisamente un
transformador.
A.C.
Entre los visitantes a sus exposiciones estuvieron tres húngaros:
Otto T. Bláthy, Max Déri y Karl Zipernowski. Ellos mejoraron el diseño
del transformador y en mayo de 1885, en la Exposición Nacional Húngara
en Budapest presentaron lo que resultó ser el prototipo del sistema de
iluminación que se utiliza hasta hoy en día.
Como vimos anteriormente, después de haber patentado
una versión de un transformador, Gaulard y Gibbs inventaron un
sistema de iluminación en el cual usaron corriente alterna y lámparas
incandescentes, del tipo que inventó Edison.
Demostraron su sistema en Inglaterra en 1883 y en Italia
en 1884. Sin embargo, su transformador no era muy práctico.
A.C.
Su sistema tenía 75 transformadores conectados en paralelo
que alimentaban 1067 lámparas incandescentes del tipo de Edison, todo
esto alimentado por un generador de corriente alterna que proveía un
voltaje de 1350 V.
A.C.
18
Con esto, lograron su objetivo: operar un sistema de lámparas
a bajo voltaje a partir de un tema de distribución de corriente operado
a alto voltaje.
Fue Otto T. Bláthy primero en usar la palabra
"transformador".
Otra persona que también presenció la demostración de
Gaulard y Gibbs en Italia fue el estadounidense George
Westinghouse (1846-1914).
A.C.
Tesla ya habló hace ¡cien años! de la
televisión, los satélites artificiales, la conquista
del espacio… su sueño era comunicar a todos
los habitantes del planeta, e incluso darles
energía ¡gratis! para ello construyó la
Wardenclyffe Tower, cerca de Nueva York.
Tesla no sólo cree que la tierra es un buen conductor, sino
que las altas capas de la atmósfera son conductoras, y que están
situadas a altitudes muy moderadas fácilmente accesibles,
constituyendo una vía conductora perfecta. Así pues, piensa probar
que se pueden transmitir grandes cantidades de energía eléctrica
hacia las capas superiores de la atmósfera, a no importa qué
distancia.
A.C.
Algunas de sus patentes (+700):
En 1888 Motor de inducción, la mejora del dinamo, el método para
convertir y distribuir corrientes eléctricas.
En 1890 el Motor de corriente alterna.
En 1892 el Sistema de transmisión de potencia.
En 1894 el Generador eléctrico.
En 1896 el Equipo para producir corrientes y tensiones de alta
frecuencia.
En 1897 mejoras en el transformador eléctrico.
A.C.
En 1882
Nikola Tesla (1857-1943) SerbioAmericano, inventor e investigador, quien
desarrolló la teoría de campos rotantes, base de
los generadores y motores polifásicos de corriente
alterna.
A Tesla se le puede considerar, sin
ninguna duda, como padre del sistema eléctrico
que hoy en día disfrutamos.
Tesla es la unidad de medida de la
densidad de flujo magnético.
En 1882 Nikola Tesla obtuvo una patente por un generador
polifásico alterno que producía gran potencia eléctrica; muy pronto este
tipo de máquina fue la más usada. Hoy en día se emplean generadores
que son versiones muy mejoradas del generador polifásico de Tesla.
A.C.
Inventó un sistema de transmisión de energía inalámbrica. En
sus experimentos de transmisión de energía sin cables, fue capaz de
encender de 200 lámparas de incandescencia de 50 vatios a 42
kilómetros de distancia de su estación; el propio Tesla escribió que
habia observado que las señales se podían transmitir hasta una
distancia de 600 millas (960 km).
Además del proyecto de radiocomunicaciones, que pensaba
poner en marcha con la torre de Wardenclyffe, quiere establecer
un sistema de transmisión de energía sin hilos. Con ello se
dispondría de energía eléctrica en cualquier punto del planeta. Es
precisamente con este proyecto que Morgan, el acreedor de
Tesla por aquel entonces, no estaba de acuerdo. Morgan decidió
retirar su apoyo financiero.
La excusa era: « si todos pueden obtener energía, ¿dónde
colocamos el contador? ». Fue destruida en 1917.
A.C.
Los derechos de sus patentes sobre sus sistemas de corriente
alterna, transformadores, motores y generadores, los vendió a George
Westinghouse (1846-1914) fundador de Westinghouse Company,
pionera en el desarrollo comercial de la corriente alterna.
A.C.
19
En 1893 en la feria
de Chicago, Westinghouse y
Tesla, presentaron todo un
sistema eléctrico en CA a
escala a fin de demostrar sus
bondades.
En 1895 Westinghouse pone
en servicio la planta de Generación de
Electricidad comercial en C.A. La Planta
del Niagara.
Primera central hidroeléctrica en el
mundo para producir electricidad
transmitida hasta Búfalo
A.C.
En 1893 consiguió transmitir energía electromagnética sin
cables, construyendo el primer radiotransmisor (adelantándose a
Guillermo Marconi).
Cuando
N. Tesla murió,
el Gobierno de
los Estados
Unidos intervino
todos los
documentos de
su despacho, en
los que
constaban sus
estudios e
investigaciones.
Aún no se han
desclasificado
dichos
documentos.
A.C.
La realidad era que el invento de Marconi utilizaba hasta
17 patentes tecnológicas propiedad de Tesla y que la patente de
Marconi fue presentada muy posteriormente a la de Tesla, el 10 de
noviembre de 1900, siendo desestimada por la Oficina de Patentes
por considerarla una copia de la de Tesla.
La Marconi Wireless Telegraph Company no se conformó
con esto. El complejo litigio se extendió por años y por miles de
páginas que incluían testimonios de brillantes científicos a favor de
Tesla.
En cuanto a la radio, Tesla había hecho el invento y patentado
en Europa, solicitando la patente en Estados Unidos cuatro años
después. Sin embargo, no le fue concedida hasta 1900.
Este tema fue muy conflictivo, pues Marconi se disputaba con Tesla el
invento. Más aún, Tesla tuvo que ser testigo de que en 1909 se le
concediese al italiano el premio Nobel.
A.C.
En junio de 1943 la Corte Suprema de Estados Unidos
dictaminó que la patente presentada por Nikola Tesla era la única
válida. Pero Nikola había fallecido poco antes, en enero, en Nueva
York, en la habitación del hotel en la que vivía
A.C.
Quince años después de la descripción del radar por Tesla,
equipos de investigadores americanos y franceses trabajan
paralelamente sin descanso para poner a punto un sistema de
funcionamiento según sus principios.
El radar
El radar es el
instrumento base de defensa en
todos los países modernos del
mundo.
Tesla descubre el principio del radar en 1900, lo pone a punto
y, a pesar de sus problemas financieros, publica los principios de lo
que se convertirá, casi tres décadas después, en el radar.
Funciona como los ultrasonidos de los murciélagos: se envía
un rayo concentrado de una corriente de minúsculas cargas eléctricas
vibrando a una frecuencia muy grande, para que rebote en el objetivo,
luego se recibe de nuevo el rayo y, tras analizarlo, se obtiene una
imagen del objetivo.
A.C.
En 1934, un equipo francés pone a punto e instala el radar en
barcos y en estaciones terrestres, utilizando aparatos concebidos
precisamente según los principios enunciados por Tesla
El radar fue de gran ayuda a los ingleses durante la segunda
Guerra Mundial para prevenir los ataques aéreos de los alemanes.
A.C.
20
Resumiendo
El electromagnetismo es fundamental en la
fabricación de bocinas, audífonos, micrófonos y muchos
productos de la microelectrónica, como las computadoras.
Sus principios se utilizan en áreas de alta tecnología para
el diseño de aparatos de medición de gran exactitud de uso
científico e industrial, así como sofisticados sistemas de
información, como las tarjetas de crédito.
El electromagnetismo es la base de nuestra civilización
actual. Es esencial para el almacenamiento de datos, la producción
de energía, aplicaciones médicas como la Resonancia Magnética
Nuclear y por supuesto, para la radio, el teléfono o el correo
electrónico, que nos permiten comunicarnos hoy.
Qué lejos estaban de imaginarse aquellos científicos
que hemos recordado, orgullo del intelecto humano, de la gran
aplicabilidad de sus leyes y descubrimientos, que van desde la
atracción de un simple pedazo de ámbar frotado, las
computadoras, hasta los equipos de resonancia magnética
utilizados para salvar vidas humanas, entre otras tantas
aplicaciones
Resultaría interminable el listado del uso científico,
tecnológico y social que se le confiere al desarrollo del
electromagnetismo, que por razones
obvias estamos limitados a
A.C.
enunciar.
A.C.
Microfono
La patente del teléfono electromagnético de Bell en 1876 iba a
revolucionar la sociedad del momento, aunque su transmisor
electromagnético de membrana era poco sensible.
El micrófono de carbón fue
inventado por David Edward en 1878.
Se trata de un micrófono de zona de
presión donde el carbón (antracita o grafito)
al que se refiere el nombre, está en su
interior en un compartimento cerrado cubierto
por la membrana.
A.C.
First Solvay Conference in Brussel, October-November 1911
Estas partículas de carbón actúan como una especie de
resistencia. Al llegarle una onda sonora a la placa, ésta empuja a las
partículas de carbón que se desordenan provocando una variación de
resistencia y por tanto una variación
de la corriente que lo atraviesa
A.C.
reflejo de la presión de la onda sonora incidente.
Levitrón
Este tipo de micrófono han sido y son muy utilizados en
telefonía, porque su respuesta en frecuencia, entre 200 y 3.000
Hz, es ideal para captar la voz humana.
No obstante, quitando las aplicaciones en telefonía y áreas
relacionadas (porteros automáticos, etc), son muy poco utilizados
porque generan bastante ruido y su respuesta en frecuencia es
irregular.
No son, en absoluto, recomendables para radiodifusión.
Las ventajas que tiene el micrófono de carbón: gran sensibilidad,
baja impedancia y precio (son muy baratos).
A.C.
Hace más de 150 años (1842), un científico inglés llamado
Samuel Earnshaw, enunció que un objeto no puede estar suspendido
en el espacio solamente con imanes permanentes. No importa cuánto
uno se esfuerce, cuán hábil sea, ni qué tan buenos y especiales sean
los imanes; no se puede hacer!
El teorema de
Earnshaw no compromete la
estabilidad del Levitron ya que
no es aplicable al sistema. Al
estar girando, el extremo no
puede considerarse un sistema
estático frente al campo
magnético creado por la base,
así que no podemos aplicar el
teorema.
A.C.
21
El Levitrón en sí consiste en una base y en un extremo
superior alargado. La base y el extremo son dos imanes, pero
colocados de forma tal que los dos polos iguales (por ejemplo, el
norte de la base y el norte del extremo) quedan enfrentados.
Surgen cuatro
fuerzas magnéticas en el
extremo: dos de atracción y
dos de repulsión con
respecto a los polos del imán
de la base. Sin embargo, la
dependencia con la distancia
de la fuerza magnética hace
que, tal y como están
colocados los imanes, en
conjunto, la resultante se
oponga a la fuerza
gravitatoria y, así, el extremo
levita sobre la base.
A.C.
A.C.
Algunas aplicaciones de inducción electromagnética
Guitarra clásica
Guitarra eléctrica
A.C.
A.C.
Linternas sin pilas
A.C.
A.C.
22
Proceso de grabación electromagnética
En la grabación magnética, las vibraciones sonoras son
transformadas en variaciones de voltaje de idéntica intensidad,
amplitud y frecuencia, mediante un transductor electroacústico
(micrófono).
Las variaciones de voltaje se aplican sobre el electroimán
de la cabeza grabadora que transforma la corriente eléctrica en
una señal magnética de idéntica intensidad, amplitud y frecuencia.
Esta señal magnética actúa reordenando las partículas
ferromagnéticas (óxidos de hierro o de cromo) que cubren la
superficie del soporte (cinta magnética, cinta de papel o alambre
de acero), es decir, magnetizándolas, conforme el soporte va
pasando por delante del electroimán.
A.C.
A.C.
Máquinas eléctricas
Alternador
Un alternador básico
consiste en una espira (inducido)
que gira en el campo magnético de
un imán (inductor), o a la inversa,
un imán que gira y bobinas que
está estáticas, lo que interesa es el
movimiento relativo entre ambos
elementos.
Cuando la espira gira, las líneas de campo que atraviesan las
espiras, varía y por lo tanto se genera una corriente inducida en la
misma.
Los extremos de la espira están conectados a dos anillos
colectores en contacto con las escobillas, desde donde se alimenta el
circuito exterior.
La corriente generada es alterna, ya que su sentido se invierte
cada medio período.
A.C.
A.C.
Motor eléctrico de corriente continua
Dínamo
Esencialmente el dínamo consta de
los mismos elementos que un alternados:
una espira o bobina (inducido) que gira en el
campo magnético de un imán (inductor).
En este caso se sustituyen los dos
anillos por un conmutador, que es un anillo
partido por dos semianilllos que giran junto
con la espira, de manera que cada uno de
ellos está permanentemente conectado a un
extremo de la espira.
La corriente que alimenta el circuito
exterior es continua, ya que el conmutador
mantiene siempre la misma polaridad entre
las escobillas.
A.C.
Una propiedad importante del
campo magnético es su capacidad de
ejercer una fuerza sobre un conductor
por el que circula una corriente eléctrica.
Una aplicación práctica de este
efecto es el motor eléctrico de corriente
continua, y tiene la particularidad que es
misma máquina que mencionamos
anteriormente, si la alimentamos los
extremos de la bobina por intermedio de
sus escobillas con una tensión, circulará
por la misma una corriente que es la que
se compondrá con el campo magnético
para dar una fuerza.
El motor eléctrico es una
máquina capaz de transformar energía
eléctrica en energía mecánica.
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Transformador
Los transformadores son dispositivos que elevan o reducen
la tensión en un circuito.
La tensión de salida de un transformador depende del número de
espiras en los dos arrollamientos de los que consta, denominados
primario y secundario.
Si el secundario tiene mas espiras que el primario la tensión
aumenta, si tiene menos la tensión disminuye.
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A.C.
Superconductividad
El descubrimiento de la superconductividad es uno de los más
sorprendentes de la historia de la ciencia moderna.
Está íntimamente ligado con el interés de los físicos del siglo XIX en
licuar todos los gases conocidos en aquel tiempo.
Era ya bien sabido que la inmensa mayoría de los gases sólo podrían
licuarse a temperaturas muy por debajo de cero grados centígrados.
1845, Michael Faraday de la Royal Institution de Londres pudo,
finalmente, perfeccionar una técnica para licuar gases que 23
años antes había encontrado en forma accidental
Sin embargo, esta técnica no resultaba fácil para la licuefacción
del helio (He), del hidrógeno (H), del oxígeno (O2), del nitrógeno
(N2), del metano (CH4), del monóxido de carbono (CO), ni del
óxido nítrico (NO),
La licuefacción de los gases permitiría estudiar los fenómenos que se
presentan en los materiales a temperaturas muy bajas.
A.C.
En 1908, cuando Heike Kamerlingh Onnes
pudo, por primera vez en el mundo, obtener
helio líquido que tiene una temperatura de
ebullición de 4.22K, recuérdese que el cero
absoluto equivale a -273.16°C. Este logro se
realizó en la universidad de Leyden,
Holanda y abrió el paso a Onnes para su
descubrimiento de la superconductividad.
A.C.
Un campo magnético en movimiento genera corrientes parásitas,
en la mayoría de materiales, esta corriente rápidamente decae
debido a la resistencia eléctrica.
Sin embargo, en los Superconductores, las corrientes parásitas no
decaen, sino que tienden a mantener el campo magnético en un
punto, esto hace que no permita que penetre el campo. A este
fenómeno se le conoce como Efecto Meissner, (1933 Karl Walther
Meissner)
En realidad un material
superconductor es un
diamagnético perfecto
A.C.
A.C.
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En 1986, el físico Karl Alex Müller y J. C.Bednorz, del laboratorio de IBM
en Zurich, observó que un óxido cerámico, compuesto de bario, lantano y
cobre tenía una temperatura crítica de 30 grados Kelvin. Estaba en marcha
la carrera por obtener superconductores de altas temperaturas.
El disco es un imán. El bloque rectangular negro es un material super
conductivo (SC), pero sólo actúa como tal bajo temperaturas
críticamente baja, sólo algo más alta que la del Nitrógeno líquido.
Cuando está a temperatura ambiente, el bloque no tiene ninguna
propiedad magnética o eléctrica en particular. Cuando se enfría, se
convierte en SC, y una de las propiedades de los Superconductores
es que su campo magnético se concentra en un punto en particular.
En 1987, el grupo del doctor Chu, en Estados Unidos, descubrió un
material de itrio-bario-cobre-oxígeno que es superconductor a 93 grados
Kelvin (menos 180 grados centígrados). Un gran paso, pues ya se podía
prescindir del helio líquido, que es muy caro, para enfriar el material. La
temperatura crítica había superado los 77 grados Kelvin (menos 196
grados Celsius), punto de licuefacción del nitrógeno, que es muy
abundante.
Recientemente, el doctor Chu elaboró un material que contiene
mercurio sometido a altas presiones y reportó que su temperatura
crítica es de 165 grados Kelvin (menos 108 grados centígrados). La
más alta hasta ahora en un material estable.
A.C.
A.C.
A.C.
A.C.
Pero que mas nos puede dar el electromagnetismo basado en
los descubrimientos que ya analizamos?
Conocen el proyecto HAARP?
El proyecto HAARP (High Frequency Advanced
Auroral Research Project), parte de la idea originaria de Tesla:
poder transmitir potentes ondas electromagnéticas que se puedan
reflejarse en la ionosfera y así alcanzar grandes distancias.
Financiado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidaos, la
Marina y la Universidad de Alaska para "entender, simular y controlar
los procesos Ionosféricos que podrían cambiar el funcionamiento de las
comunicaciones y sistemas de vigilancia"
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A.C.
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En estas instalaciones militares
situadas en Gakona, Alaska, se está
desarrollando un misterioso proyecto el cual
consiste en 180 antenas que funcionando en
conjunto será como una sola antena que
emitirá 1 GW =1.000.000.000 W, es decir un
billón de ondas de radio de alta frecuencia las
cuales penetran en la atmósfera inferior e
interactúan con la corriente de los elecrojets
aureales.
¿Qué es el Electrojet?. Hay una electricidad flotando sobre la
Tierra llamada electrojet aureal, al depositar energía en ella se
cambia el medio, cambiando la corriente y generando ondas LF (Low
Frecuency) y VLF (Very Low Frecuency). HAARP tiene la intención
de acercar el electrojet a la Tierra con el objetivo de aprovecharlo en
una gran estación generadora.
A.C.
A.C.
1958 James Van Allen fue
uno de los primeros científicos del
mundo en dedicarse al estudio del
espacio y el descubridor de los
cinturones de radiación que rodean la
Tierra, y que ahora llevan su nombre.
Este hallazgo, que realizó gracias a un
experimento a bordo del Explorer 1
Los cinturones de Van Allen son bandas de electrones e
iones muy energéticos y guiados por el campo magnético que
protegen a la Tierra del viento solar.
A.C.
Impresionante imagen del satélite TRACE. Muestra un bucle de
plasma en la corona en UV, donde se alcanza una temperatura superior al
millón de grados. La materia está guiada por el intenso campo magnético de la
estrella. Se tomó el 6 de noviembre de 1999.
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EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Ondas
Ondas de
de radio
radio
Infrarrojos
Infrarrojos
Ultravioleta
Ultravioleta
Rayos
Rayos gamma
gamma
Luz
visible
Microondas
Microondas
Rayos
Rayos X
X
• Las ondas electromagnéticas difieren entre sí en su frecuencia y en su longitud de
onda, pero todas se propagan en el vacío a la misma velocidad
• Las longitudes de onda cubren una amplia gama de valores que se
espectro electromagnético
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denomina
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A.C.
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