de 20 experimentos

Demostración Nº 1 Cargas electrostáticas por fricción e inducción
Realizada en clase: Clase 1 del Tema 1
Material necesario:
Soporte móvil
Diversas barras dieléctricas ( p.e. metacrilato y PVC)
Paños de distintos materiales (gamuza, piel de gato, seda)
Pequeña caja metálica y soporte plástico para aislarla de tierra
Péndulo de bola de saúco aislada de tierra
Descripción:
Se demuestra la posibilidad de cargar dieléctricos por fricción, observando como las
barras cargadas atraen la bola de saúco.
Se muestra la atracción de objetos neutros por objetos cargados.
Se demuestra la existencia de cargas de dos tipos con las barras y el soporte móvil, a
base de observar la atracción o repulsión entre la varilla colocada en el soporte móvil y
otra de prueba cargada por fricción que se acerca a ella.
Con la caja metálica, aislada de tierra se muestra la carga de objetos por inducción y el
efecto de la conexión a tierra de un objeto metálico.
Demostración Nº 2 Condensador plano con dieléctrico
Realizada en clase: Clase 1 del tema 3
Material necesario:
Condensador plano (placas variables)
Batería de 12 V. (Una pila convencional sirve. En su defecto el cargador de baterías)
Electrómetro analógico electrónico
Placas de PVC, papel, otros.
Descripción:
Entre las placas del condensador se coloca una lámina fina de PVC o metacrilato con las
placas ajustadas a ella. Antes la lámina se ha descargado. Se conecta entre sus placas el
electrómetro analógico. Se carga el condensador con la batería de 12 V y después se
desconecta la batería dejando el condensador aislado. Al sacar la lámina dieléctrica, sin
tocar las placas del condensador se observa que aumenta la d.d.p. Esto demuestra que la
capacidad disminuye al sacar la lámina dieléctrica
Observaciones:
A veces no sale por las cargas acumuladas en el dieléctrico por fricción con las placas.
Sale mejor colocando dos hojas de papel para aislar la lámina de PVC de las placas
metálicas.
Demostración Nº 3 Apantallamiento
Realizada en clase: clase número 10 del Tema 3 (última clase de teoría del tema)
Material necesario:
Barra de metacrilato + gamuza
Funda de puros metálica, jaula de Faraday y tapa de jaula
Radio a pilas pequeña con altavoz incorporado
Papel de aluminio
Péndulo con bola de saúco
Descripción:
Se carga la barra por fricción y se observa la atracción del péndulo. Luego se demuestra
que la interacción desaparece al interponer una malla metálica o una jaula de malla entre
la barra y el péndulo. (Esto funciona bien para demostrar que las líneas de campo
eléctrico creado por la barra no penetran dentro de la jaula)
Con la parte interior de la jaula de Faraday de Pasco y la jaula hecha por nosotros, a
modo de tapa, poniendo debajo de ambas nuestra tapa, para asegurar el contacto entre
ambas, construimos una jaula que puede apantallar la señal de radio que llega al interior.
Si no funciona lo anterior es prácticamente infalible envolver la radio en papel de
aluminio. La misma prueba puede hacerse con un teléfono móvil.
Observaciones:
En estas demostraciones falta algo que demuestre claramente que un objeto cargado
encerrado por uno metálico crea campo en el exterior y solo cuando conectamos el
objeto metálico a tierra el exterior queda apantallado. Se puede hacer algo con la funda
de puros, pero no es claro, porque al tocar la barra con la parte interior de la funda se
descarga.
Para que se vea el efecto de apantallamiento con la radio y la jaula de Faraday hay que
ponerla en AM y señal de la menor frecuencia posible. Pese a todo si la señal de radio
es muy potente el efecto puede ser escaso. Es casi nulo en FM y para apantallar señales
de móviles. No obstante envolver en papel de aluminio resulta infalible.
Demostración Nº 4 Ruptura dieléctrica I
Realizada en clase: Hora 16 del tema 3
Material necesario:
MAT regulable ( 15 kV = Vmáx)
Condensador de placas paralelas
Tres bananas
Cuernos formados por dos cables aislados que se van separando entre sí
Descripción:
Se conectan la salidas del MAT entre las placas del condensador (separadas aprox.
1 cm). Al elevar la tensión saltan descargas, inicialmente en los bordes, lo que ilustra el
efecto de punta que allí se produce.
Con los cuernos separados en la parte más próxima (un cm) se produce la descarga y
luego sube por convección natural del aire. No obstante, en vez de extinguirse y
empezar de nuevo se observa que a veces se estabiliza en un recorrido muy estable, que
puede distorsionarse soplando. (Esto no está claramente explicado)
Observaciones:
Nota de seguridad: Después de cualquier operación hay que bajar a cero la tensión del
MAT, apagar y cortocircuitar los terminales de salida para descargar.
Nuestra caja del MAT es metálica y no está conectada a tierra por lo que se carga
estáticamente dando pequeñas sacudidas.
Deben hacerse todas las conexiones y desconexiones con una mano para evitar
contactos directos y guardar las distancias de seguridad cuando se opera.
Demostración Nº 5 Ruptura dieléctrica II
Realizada en clase: No hecha en clase este año
Material necesario:
MAT regulable
Tablillas de metacrilato con paisajes dibujados con papel de aluminio
Descripción:
Se hacen demostraciones de los caminos que toma la descarga ente dos conductores en
función de que existan otros conductores conectados a tierra o no.
Observaciones:
Observar la nota de seguridad apuntada en la demostración anterior.
Demostración Nº 6 Bola mágica
Realizada en clase: Realizada en la última clase del Tema 3 (asociada al pb 25 del T. 3)
Material necesario:
Bola mágica
Tubo fluorescente
Descripción:
Se muestran las descargas dentro de una bola con gas a baja presión y la iluminación de
un fluorescente al acercarlo.
Se trata la bola como un condensador esférico con el vacío.
Demostración Nº 7 Medida de campos electromagnéticos
Realizada en clase: En la cuarta hora del tema 4
Material necesario:
Medidor de EMF
Descripción:
Con el medidor de campos EM del que se dispone se mide en clase el campo B creado
por un cable por el que circula una I. También se pide a los alumnos un móvil y se
comprueba el campo EM a su alrededor.
Demostración Nº 8 Generador frente a condensador
Realizada en clase: En la hora 9 del tema 5
Material necesario:
Condensador de 12 V 1000 F
Bombilla de 12 V
Generador de 12 V (Batería, pila o cargador de baterías)
Descripción:
Se demuestra que un condensador no puede hacer circular una corriente estacionaria por
una bombilla, mientras que un generador si.
Demostración Nº 9 Generadores
Realizada en clase: En hora 14 del tema 5
Material necesario:
Una pila
Una maqueta operativa de motor alimentado con célula fotovoltaica.
La célula fotoeléctrica para cargador de baterías realizada por los alumnos.
Una célula Peltier.
El motorcillo de imanes permanentes del kit
Descripción:
Mostrar a los estudiantes prototipos y maquetas de distintos tipos de generadores que
pueden utilizarse en la actualidad.
Demostración Nº 10 Superconductores
Realizada en: Esta práctica se realiza en el laboratorio al final del tema 5
Material necesario:
Dewar para LN2
4-5 litros de LN2
Kit para observar la temperatura crítica. (Realizado por los alumnos)
Kit de efecto Meissner
Maqueta de Tren superconductor. Incluyendo superconductores en caja de corcho
cintas, y otro pequeño material complementario.
Generador de I constante (Tektronic) y multímetro
Descripción:
Primero se hace el experimento de la temperatura crítica. Para ello se coloca el kit del
que disponemos tapado y con los terminales conectados en una pequeña caja de corcho.
En dicho kit está montado un cable de cobre uno superconductor y una resistencia de
platino capaz de medir hasta–200 ºC. Los tres dispositivos están montados para medir
resistencia a cuatro hilos. Normalmente el experimento que hacemos es inyectar
corriente únicamente al superconductor. A temperatura ambiente no inyectar más de
50 mA (verificar en siguiente experimento ya que aquí no tengo el dato de otros años)
para evitar sobrecalentamiento. A la vez, se mide la ddp en los extremos del
superconductor y con ello se determina su resistencia. Después se rellena el recipiente
de corcho (con el kit tapado) con LH2 hasta que llegue a la altura de los terminales sin
sobrepasarlos para evitar que penetre dentro del kit. Rellenar de nuevo, si es necesario.
El kit alcanza la temperatura del LN2 cuando éste deja de hacer burbujas a su alrededor.
Entonces debe observarse que siguen circulado los 50 mA por el superconductor pero
que la ddp en sus extremos es prácticamente 0 V. El voltímetro para observar bien el
efecto debe ser de gran precisión al tratar con valores muy pequeños. Queda un pequeño
valor residual del orden de micro voltios que tiene que ver con los potenciales de
contacto entre los distintos materiales que forman el circuito. Si se deja que el kit vaya
calentándose poco a poco se observa que en un determinado instante, al superarse la
temperatura crítica vuelve a aumentar muy significativamente la d.d.p. en los extremos
del superconductor.
Después se muestra el efecto Meisner. Usualmente esto lo hacemos con nuestro kit,
formado por una pastilla superconductora y un pequeño imán. Cuando el
superconductor se enfría con LN2 el imán levita sobre él. No obstante en el último año
lo hicimos con nuevos imanes, más potentes, y las pastillas superconductoras que nos
dejó Mario, que son de un tipo mejor. Con ellas puede ponerse unos pocos imanes
debajo, poner la pastilla en una pequeña caja de corcho para enfriarla y levitarla sobre
los imanes.
Por último, se hizo el experimento de ver como circula un superconductor enfriado
sobre una fila de imanes, en una disposición adecuada, quedando levitado y anclado
magnéticamente el superconductor a los imanes.
Nota: Guardar las precauciones de seguridad necesarias para el manejo del LN2.
Al acabar un experimento con superconductores esto hay que secarlos, con un secador,
hasta que alcanzan la temperatura ambiente para evitar que la humedad produzca fisuras
y al final los fracture.
Demostración Nº 11 El experimento de Oested
Realizada en clase: Primera hora del Tema 6
Material necesario:
Kit del experimento de Oested para proyector de transparencias
Cargador de baterías con trafo de 220/125 y shunt limitador
Retroproyector
Descripción:
Utilizando el kit se proyecta en la pantalla el experimento mediante el retroproyector.
Observaciones:
Para alimentar es necesario reducir la tensión de alimentación del cargador de baterías
mediante el trafo de 220/125 V y limitar la I que circula con un shunt externo. En estas
condiciones y con el shunt antiguo la I que circula por el hilo es de unos 5 A.
Demostración Nº 12 Líneas de campo B para una barra de imán
Realizada en clase: Tercera hora del Tema 6
Material necesario:
Imán de barra montado en placa de metacrilato para proyectar con retro.
Brújula de dibujo
Limaduras de hierro
Retroproyector
Descripción:
Se usa para visualizar en clase, mediante el retroproyector, las líneas de campo B, a
través de la orientación de la brújula de dibujo.
Alternativamente se usan las limaduras.
Demostración Nº 13 y 14 Líneas de B, con limaduras y brújula, para hilo indefinido,
espira, solenoide y toroide
Realizada en clase: 5ª hora del tema 6 y siguientes
Material necesario:
Kits en metacrilato para visualizar con retroproyector los siguientes circuitos: hilo
indefinido, espira, solenoide y toroide
Brújula de dibujo
Limaduras de hierro
Cargador de baterías + trafo 220/125 V + shunt (5A)
Retroproyector
Descripción:
Se proyectan las líneas de B de los diferentes circuitos con el retro, utilizando para
visualizar limaduras o la brújula de dibujo.
Observaciones:
Con el cargador alimentado con tensión reducida por el trafo 220/125 V y el shunt
inicial, en serie, los kits consumen unos 5 A.
Demostración Nº 15 Motor de corriente continua + altavoz
Realizada en clase: A propósito del problema 22 del tema 6
Material necesario:
Kits de motor de corriente continua (los dos de que disponemos)
Altavoces viejos
Fuente de CC (Puede utilizarse cargador de baterías + trafo 220/225 V + shunt)
Descripción:
Se muestra el colector de delgas de los kits disponibles y se explica su funcionamiento a
propósito del problema 22.
Demostración Nº 16 Aplicaciones de los sensores Hall
Realizada en clase: Tras la explicación del efecto Hall
Material necesario:
Pinza amperimétrica
Toroide para medida
Descripción:
Se muestra como puede medirse I en un circuito sin necesidad de abrirlo, utilizando esta
técnica.
También se muestra un toroide con el que se explican los sistemas permanentes de
medida de corriente (trafos de I).
Demostración Nº 17 Los experimentos de Faraday
Realizada en clase: Primera clase del tema 8
Material necesario:
Galvanómetro de cuadro móvil montado en metacrilato, preparado para proyectar con
retro.
Bobina de Pasco de gran radio y 200 vueltas
Dos bananas de conexión
Imán con polos N y S marcados
Retroproyector
Descripción:
Con el material descrito puede visualizarse la corriente inducida en la bobina por
acercamiento o alejamiento del imán a ella. (Remarcar como se invierte el sentido de I
al acercar o alejar el imán y como aumenta al aumentar la velocidad)
Observaciones:
Puede utilizarse el rotor del prototipo de motor de continua con imanes en los extremos
para observar la corriente inducida por rotación en el montaje anterior.
Si se coloca una bobina de laboratorio de 800 vueltas en el centro de la de 200, con
núcleo de hierro, y se alimenta con el generador de señales a baja frecuencia (unos
pocos hercios) se nota la oscilación de la aguja del galvanómetro aunque solo abarca
una división y no toda la escala.
Al desplazar el cable por los raíles del kit para el experimento de la fuerza de Lorenz
(Realizado por Sergio el año pasado) se observa una variación mínima en el aguja, pero
perceptible.
Demostración Nº 18 Trafo con galvanómetro
Realizada en clase: Quinta hora del Tema 8. (Apt 5, trafo ideal)
Material necesario:
Generador de señales (Rout = 50 )
Núcleo magnético y 2 bobina de 400 vueltas
Retroproyector
Descripción:
Utilizando un generador de resistencia de salida de 50  (de los nuevos) y una
frecuencia muy baja (unos pocos hercios), se alimenta el primario. En el secundario se
conecta un galvanómetro de aguja móvil para proyectar.
Se puede mostrar a los alumnos como se mueve la aguja , como varía su velocidad con
la frecuencia (en un pequeño rango) y como varía su amplitud al variar los controles de
la fuente, o la diferencia de respuesta al introducir una señal senoidal o cuadrada.
También puede mostrarse como disminuye la fem inducida al abrir el núcleo.
Observaciones:
Tener cuidado con la amplitud del generador ya que puede sobrecargar el galvanómetro
e incluso estropearlo. Es mejor empezar con amplitud nula e ir elevándola
progresivamente.
Para conectar y desconectar el galvanómetro antes hay que bajar la amplitud a cero para
reducir los picos.
Demostración Nº 19 Corrientes de Foucault con péndulo, peines e imán
Realizada en clase: En Tema 8 para ilustrar la teoría de las corrientes parásitas
Material necesario:
Soporte para peines de aluminio a alturas variables
Peines de aluminio para usar con el soporte
Tornillo con imanes enfrentados que pueden colocarse a distancias diferentes.
Descripción:
Mostrar como oscila el peine con la lámina maciza en caída libre sin ningún campo
magnético presente.
Demostrar que el peine, al ser de aluminio no es atraído por el imán.
Colocar la región de los imanes en la trayectoria del péndulo y demostrar que queda
frenado en su caída por las corrientes parásitas.
Mostrar como es posible reducir este efecto a base de cortar caminos a las corrientes.
Para ello, comparar la caída de la lámina maciza y la lámina con ranuras (cerrada por el
principio y por el final).
Por último, mostrar y explicar la diferencia entre la caída del peine cerrado por el final y
el abierto.
Observaciones:
A la vez que se hace la demostración explicar el fundamento teórico del experimento y
las posibilidades de diseño que permite el corte de caminos a las corrientes parásitas en
la práctica (laminación de núcleos magnéticos de trafos y máquinas)
Demostración Nº 20 Caída de imán en tubo de aluminio
Realizada en clase: A propósito del pb. 5 del tema 8
Material necesario:
Tubo de aluminio de 1,5 m
Objeto que cabe por el interior del tubo sin imán
Objeto que cabe por el interior del tubo con imán
Descripción:
Al dejar caer el objeto con el imán por el tubo se observa que es fuertemente frenado,
respecto a la caída libre. Ello se debe a las corrientes de Foucault que se crean en el tubo
al paso del imán.
Demostración Nº 21 Experimento del salto del anillo + levitación de bobina en placa de
aluminio
Realizada en clase: A propósito del problema correspondiente del tema 8
Material necesario:
Kit del experimento del salto del anillo
Kit de levitación de la bobina
Autotransformador
Descripción:
Se muestra como al alimentar con alterna una bobina, bobinada sobre un vástago de
hierro, si colocamos encima un aro de aluminio (una arandela holgada en el vástago de
hierro) levita.
También se muestra como una bobina alimentada con alterna levita sobre una lámina de
aluminio.