Introducción
Introducción
Bienvenidos a la zona de energía electromagnética.
En esta zona vamos a realizar una serie de experimentos que recrean cómo la humanidad pasó de descubrir que la materia tiene propiedades eléctricas y magnéticas a construir máquinas capaces de transformar la energía.
Ese recorrido nos llevará desde las primeras observaciones sobre la electricidad y el magnetismo hasta los generadores eléctricos y los motores eléctricos, dos tecnologías fundamentales en la sociedad actual. Gracias a ellas podemos transformar movimiento en electricidad y electricidad en movimiento.
Experimento 1: LA MATERIA TIENE CARGA ELECTRICA
ELECTROSCOPIO
En este experimento queremos poner de manifiesto la existencia de una propiedad de la materia que se conoce desde hace muchos siglos: la carga eléctrica. Aunque no podemos verla directamente, sí podemos observar sus efectos.
Para ello utilizaremos un electroscopio, un aparato que nos permite detectar la presencia de carga eléctrica.
Frotaremos un tubo de PVC con un trapo de lana para cargarlo mediante electricidad estática. Después comprobaremos dos fenómenos:
primero, que la carga eléctrica puede actuar a distancia, sin tocar el electroscopio (inducción electrica);
y después, que también puede transmitirse por contacto cuando el tubo cargado toca el disco metálico del aparato. Así veremos cómo una propiedad invisible de la materia puede producir efectos visibles (Conducción electrica).
Experimento 1I: PROPIEDADES MAGNETICAS DE ALGUNOS MATERIALES
En el experimento anterior hemos visto que la carga eléctrica puede producir efectos que no se ven directamente. Ahora vamos a comprobar algo parecido con el magnetismo: capacidad de algunos materiales de atraer a cierto metales como el hierro.
Un imán tiene a su alrededor una zona de influencia llamada campo magnético. Ese campo es invisible, pero podemos hacerlo visible usando limaduras de hierro.
Experimento III: LA CORRIENTE ELÉCTRICA - LA PILA DE VOLTA
ELECTROSCOPIO
Este experimento representa un momento decisivo en la historia de la electricidad. Antes se conocían fenómenos como la electricidad estática, pero con la pila de Volta se consiguió producir corriente eléctrica de manera continua. Las pilas voltaicas también llamadas pilas galvánicas reciben su nombre de Alessandro Volta, permiten obtener electricidad a partir de una reacción química espontánea.
En esta pila, el zinc reacciona con la disolución de vinagre y sal. El zinc pierde electrones y esos electrones viajan por el cable hacia el cobre. Ese movimiento de electrones es la corriente eléctrica. La disolución de vinagre y sal permite que se muevan iones dentro de la pila, cerrando el circuito. Por eso, gracias a una reacción química, podemos encender un LED.”
Con esta pila hemos producido corriente eléctrica a partir de una reacción química. No estamos usando una batería comercial: estamos construyendo una pequeña fuente de electricidad. Este descubrimiento fue fundamental porque permitió estudiar la corriente eléctrica de forma continua y abrió el camino hacia muchos avances posteriores en electricidad, electromagnetismo, baterías, generadores y motores eléctricos.
Experimento 1V: EL EXPERIMENTO DE OERSTED (1820)
EL EXPERIMENTO DE OERSTED
En este experimento vamos a reproducir una observación fundamental realizada por Hans Christian Ørsted en 1820: cuando circula corriente eléctrica por un cable, aparece a su alrededor un campo magnético. Ese campo no se ve directamente, pero podemos detectarlo con una brújula.
Si cerramos el circuito, la aguja de la brújula se desvía; si lo abrimos, la aguja vuelve a orientarse con el campo magnético de la Tierra. Este descubrimiento demostró que la electricidad y el magnetismo no eran fenómenos separados, sino que estaban relacionados.
Experimento V: EXPERIMENTO DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA - EXPERIMENTO DE MICHAEL FARADAY (1831)
En este experimento vamos a reproducir uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la electricidad: la inducción electromagnética, descubierta por Michael Faraday en 1831. Hasta ahora hemos visto que una corriente eléctrica puede producir magnetismo, como ocurría en el experimento de Ørsted. Ahora veremos el fenómeno contrario: un imán en movimiento puede producir corriente eléctrica.
Para comprobarlo, introduciremos y sacaremos un imán dentro de una bobina de cobre conectada a un galvanómetro. Si el imán está quieto, no aparece corriente; pero cuando lo movemos, la aguja del galvanómetro se desvía.
Esto nos demuestra que lo importante no es solo tener un imán cerca de una bobina, sino que cambie el campo magnético que atraviesa la bobina. Ese cambio genera una corriente eléctrica. Este principio es la base de los generadores eléctricos, que permiten transformar movimiento en electricidad y que veremos mas adelante
Experimento V1: EL ELECTROIMÁN
En este experimento vamos a ver cómo podemos construir un imán que se enciende y se apaga. Para ello usaremos una bobina de hilo de cobre enrollada alrededor de un núcleo metálico. Cuando cerramos el circuito y pasa corriente eléctrica por la bobina, se genera un campo magnético y el núcleo se comporta como un imán capaz de atraer pequeños objetos metálicos.
Cuando abrimos el circuito y deja de pasar corriente, el magnetismo desaparece o se debilita mucho. A este dispositivo lo llamamos electroimán. Su importancia está en que, a diferencia de un imán permanente, podemos controlar cuándo actúa: basta con dejar pasar o cortar la corriente eléctrica.
Este principio se usa en grúas para levantar chatarra, timbres, relés, cerraduras eléctricas, altavoces, motores y muchos otros aparatos. Un electroimán produce su campo magnético gracias a la corriente eléctrica que circula por una bobina, normalmente enrollada alrededor de un núcleo de hierro, y su campo desaparece al cortar la corriente.
Experimento V11: EL GENERADOR ELÉCTRICO MANUAL
En este experimento vamos a ver cómo podemos producir electricidad a partir del movimiento. Al girar la manivela, ponemos en movimiento una bobina dentro del campo magnético de un imán permanente muy intenso. Al moverse la bobina en ese campo magnético, cambia el flujo magnético que la atraviesa y se genera una corriente eléctrica.
Esa corriente circula por el circuito y puede hacer que se encienda uno de los dos LED del montaje, el rojo o el verde, porque ambos están conectados a la bobina cerrando el circuito. De este modo comprobamos que aquí no usamos una pila: estamos transformando energía mecánica en energía eléctrica mediante inducción electromagnética.
Experimento V111: MOTOR ELÉCTRICO
En este experimento vamos a ver cómo funciona un motor eléctrico, uno de los inventos fundamentales de la sociedad actual. En los experimentos anteriores hemos comprobado que la electricidad y el magnetismo están relacionados: una corriente eléctrica puede crear un campo magnético, y el movimiento dentro de un campo magnético puede generar electricidad. Ahora veremos el proceso inverso al generador: usar electricidad para producir movimiento.
Cuando conectamos el motor a una pila, la corriente circula por una bobina situada dentro del campo magnético de unos imanes permanentes. Esa corriente hace que la bobina se comporte como un pequeño imán, y la interacción entre el campo de la bobina y el campo de los imanes produce fuerzas que hacen girar el eje. De esta manera transformamos energía eléctrica en energía mecánica, es decir, en movimiento.
Experimento 1X: AEROGENERADOR
En este último experimento vamos a ver una aplicación real del generador eléctrico: el aerogenerador. En el experimento anterior comprobamos que, al mover una bobina dentro del campo magnético de un imán, podíamos producir corriente eléctrica. En un aerogenerador ocurre algo parecido, pero el movimiento no lo hacemos con una manivela, sino que lo produce el viento al empujar las aspas. Ese giro se transmite al generador interno, donde el movimiento se transforma en energía eléctrica mediante inducción electromagnética. Así, el aerogenerador convierte la energía cinética del viento en electricidad.
Con este experimento cerramos el recorrido: hemos partido de observar la carga eléctrica y el magnetismo como propiedades de la materia, hemos visto que la electricidad puede producir magnetismo y que el magnetismo en movimiento puede producir electricidad, y terminamos con una aplicación tecnológica actual. El aerogenerador resume muy bien la idea central: cuando aprendimos a controlar la relación entre movimiento, electricidad y magnetismo, pudimos construir máquinas capaces de producir energía eléctrica para nuestra sociedad.
Fotos variadas del proyecto (si necesario)
Insertar aqui videos que se necesiten del proyecto