Generador eléctrico de inducción

¿Qué hacer?
Mueve la manivela.

¿Qué ver?
Observa que cuando los imanes pasan por el embobinado se encienden los foquitos.

Nota que mientras más rápido giras la manivela, la intensidad de la luz de los foquitos aumenta.

¿Qué sucede?
Este aparato se basa en el fenómeno de inducción electromagnética que consiste en el hecho de que al variar un campo magnético en presencia de un conductor, se induce una corriente eléctrica en éste.

Los imanes generan un campo magnético. Este campo es mayor cuando la distancia entre éstos es corta, y menor cuando la distancia aumenta. Cuando haces girar los imanes, éstos se acercan y se alejan del embobinado. Esta variación de distancia induce corrientes eléctricas en la bobina y como las terminales de la bobina están conectadas a los foquitos, éstos se encienden. Mientras mayor sea la velocidad de giro de los imanes mayor será la variación de los campos magnéticos y la intensidad de las corrientes eléctricas.

La energía eléctrica producida comercialmente se genera por este efecto.

Transformador combinado

¿Qué hacer?
Oprime el botón.

¿Qué ver?
Al oprimir el botón de la derecha de la bobina más grande se desplaza hacia la bobina pequeña y la lectura del voltímetro 2 varía. Cuanto más adentro se encuentra la bobina, mayor es el voltaje medido por el voltímetro 2.

Al oprimir el botón de la izquierda la barra de hierro entra y sale de la bobina pequeña y hace variar la lectura del voltímetro 2.

Cuando la barra de hierro se encuentra más adentro, el voltaje es mayor.

¿Qué sucede?
Al oprimir el botón haces circular una corriente eléctrica alterna por un alambre en forma de bobina (embobinado primario) produciendo un campo magnético, el cual varía ya que la corriente en la bobina es alterna. Como el campo magnético es variable, produce una corriente eléctrica inducida en la bobina grande o secundaria. Cuanto mayor sea el número de vueltas del alambre en la bobina que esté dentro del campo magnético, tanto mayor será el voltaje inducido en la bobina secundaria. Por ello cuanto más introduces la bobina pequeña en la grande, mayor es el voltaje que mides en el voltímetro 2.

Cuando introduces la barra de hierro en el embobinado aumentas la intensidad del campo magnético por las características intrínsecas del hierro y, por tanto, aumenta también el voltaje inducido.

Si deseas saber más sobre este tema visita los equipamientos: Electroimán, Alambres que se atraen y se repelen, Anillo de Thompson, Transformador de voltaje, Transformador de corriente y Circuitos eléctricos 6.

Resistencias eléctricas en paralelo

¿Qué hacer?
Oprime el botón.

¿Qué ver?
Observa que el circuito A con resistencias conectadas en paralelo tiene dos resistencias eléctricas, mientras que el circuito B tiene sólo una. Ambos circuitos están conectados a la misma fuente.

La corriente eléctrica que recorre los dos circuitos tiene la misma intensidad. Esto puedes verificarlo observando que el amperímetro 3 del circuito A marca lo mismo que el amperímetro 4 del circuito B.

Observa que el circuito A tiene dos resistencias cuyos valores son 21.5 y 12 ohms respectivamente, mientras que el circuito B tiene una resistencia de 7.7 ohms. La suma de los valores inversos de las resistencias en el circuito A es igual al valor inverso de la resistencia del circuito B.

¿Qué sucede?
Al conectar varias resistencias en paralelo (como se muestra) se produce el mismo efecto que al conectar una sola resistencia de acuerdo con la fórmula indicada; por esto se dice que ambos circuitos son equivalentes. Asimismo, observa que la suma de las corrientes medidas por los amperímetros 1 y 2 es igual a la corriente medida por el amperímetro 3. ¿Podrías explicar por qué?

Si quieres saber más sobre el tema visita los equipamientos: Resistencia eléctrica en serie, Ley de Ohm: voltaje, Ley de Ohm: corriente y Ley de Ohm: resistencia.

Circuito eléctrico,- RC-RL.

¿Qué hacer?
-Mueve la manivela de la izquierda para que el interruptor de cuchillas quede en posición de carga.
-Espera 10 segundos y mueve la manivela de manera que el interruptor de cuchillas quede en posición de descarga.

¿Qué ver?
-Cuando colocas el interruptor en posición de carga aumenta el voltaje a través del condensador, medido por el voltímetro, desde cero hasta cuatro volts (voltaje de la fuente). Simultáneamente la corriente que fluye por el circuito, medida por el amperímetro, disminuye gradualmente hasta cero.

-Observa que al colocar el interruptor en posición de descarga, el voltaje del condensador disminuye paulatinamente de cuatro a cero volts, mientras que la corriente pasa de un valor negativo hasta cero.

¿Qué sucede?
-Los condensadores (capacitores) más simples consisten en dos placas paralelas separadas entre sí, que impiden el paso de carga eléctrica. Al conectar un condensador a una fuente eléctrica, ésta transfiere carga eléctrica de una placa a otra quedando una cargada negativamente y la otra positivamente.
-La corriente almacenada es medida por el amperímetro y deja de fluir hasta que el potencial entre las placas es igual al de la fuente. Al desconectar la fuente y cerrar el circuito, a través de la resistencia, las placas del condensador se descargan. Las cargas eléctricas acumuladas en éstas retornan disminuyendo gradualmente su voltaje.

Si quieres saber más sobre el tema visita los otros equipamientos de esta sala.

1ra. Ley de Kirchhoff

¿Qué hacer?
Oprime el botón.

¿Qué ver?
Nota que la suma de las corrientes marcadas por los amperímetros 2, 4 y el de la fuente suman cero, es decir:
Y2 + Y4 + Yf = 0
Observa que las corrientes antes señaladas entran o salen de un mismo punto, las que entran son positivas y las que salen negativas.
Busca otros puntos y observa si ocurre lo mismo, es decir, que la suma de las corrientes que entran o salen de él sea cero.

¿Qué sucede?
La carga eléctrica que llega por diferentes caminos a un punto en forma de corriente eléctrica, es la misma que debe salir de éste. De otra manera la carga eléctrica no se conservaría. Esta ley es conocida como la 1era. Ley de Kirchhoff. Este circuito muestra en forma clara la ley universal de la conservación de la energía.

Si quieres saber más sobre éste tema visita los equipamientos: Pilas y electroquímica: maqueta, pilas y electroquímica: papas, pilas y electroquímica: ácido, resistencia eléctrica: serie, resistencia eléctrica: paralelo, circuito eléctrico: RC, segunda ley de Kirchhoff, circuito eléctrico: escalera, encuentra el voltaje, ley de Ohm: corriente, ley de Ohm: voltaje, ley de Ohm: resistencia y efecto piezoeléctrico.

2da. Ley de Kirchhoff

¿Qué hacer?
Oprime el botón.

¿Qué ver?
Nota que la suma de los voltajes marcados por los voltímetros 3, 4 y el de la fuente suman cero, es decir:
V3 + V4 + Vf = 0.
Observa que los voltajes antes señalados corresponden a una rama cerrada del circuito como se muestra en la ilustración.
Busca otras ramas cerradas en el circuito y observa si ocurre lo mismo, es decir, que la suma de los voltajes sea cero.

¿Qué sucede?
Si realizaste con cuidado el experimento, te habrás dado cuenta que la suma de los voltajes de las ramas cerradas siempre es cero, pues de lo contrario no se conservaría la energía en el circuito eléctrico. Esto ocurre para cualquier circuito eléctrico y se conoce con el nombre de Segunda Ley de Kirchhoff.

-Si quieres saber más sobre este tema visita los equipamientos:
Resistencia eléctrica: paralelo, pilas y electroquímica: papas, pilas y electroquímica: ácido, pilas y electroquímica: maqueta, circuito eléctrico: RC, primera ley de Kirchhoff, circuito eléctrico: escalera, encuentra el voltaje, resistencia eléctrica: serie, ley de Ohm: voltaje, ley de Ohm: corriente, ley de Ohm: resistencia y efecto piezoeléctrico.

Resistencias eléctricas en serie

¿Qué hacer?
Oprime el botón

¿Qué ver?
Observa que el circuito A con resistencias conectadas en serie tiene 3 resistencias cuyos valores son: 1.1, 4.8 y 6.9 ohms, mientras que el circuito B posee sólo una cuyo valor es de 12.8 ohms y que ambos circuitos están conectados a la misma fuente.

La corriente eléctrica que recorre los dos circuitos tiene la misma intensidad; compruébalo observando que el amperímetro 1 marca lo mismo que el amperímetro 3.

Observa que la resistencia del circuito B, 12.8 ohms, es igual a la suma de las tres resistencias del circuito A:
12.8 = 1.1 + 4.8 + 6.9

¿Qué sucede?
Al conectar resistencias eléctricas una seguida de la otra (conexión en serie) se produce el mismo efecto que al conectar una resistencia cuyo valor es la suma de las primeras; por esto se dice que ambos circuitos son equivalentes. Además, puedes observar que la suma de los voltajes medidos a través de cada resistencia es igual al voltaje de la fuente. ¿Puedes explicar por qué?

Si deseas saber más sobre el tema visita los equipamientos: Resistencia eléctrica: paralelo, Ley de Ohm: corriente, Ley de Ohm: resistencia y Ley de Ohm: voltaje.

Pila eléctrica

Esta pila, inventada por Alessandro Volta a fines de 1779, consiste en una serie alternada de placas de zinc y de cobre separadas con trozos de fieltro humedecidos con solución ácida. Esta solución produce una reacción de reducción en el electrodo de zinc, que lo carga negativamente, lo que provoca una reacción de oxidación en el electrodo de cobre, cargándolo positivamente. Si se tiene un conductor conectado entre ambos electrodos, la diferencia de potencial existente provoca un flujo de corriente eléctrica que tiende a restablecer el equilibrio de la pila.

Pila electroquímica barras

¿Qué hacer?
-Coloca una de tus manos en una barra de cobre y otra en una barra de aluminio, como se muestra en la figura 1 y 2.

¿Qué ver?
Observa que la aguja del amperímetro se desplaza.
Esto indica que se genera una corriente.

¿Qué sucede?
Al colocar tus manos en las barras se originan reacciones químicas entre las sales del sudor de tu mano y el cobre, y otras reacciones entre las sales del sudor de la otra mano y el aluminio. Esto hace que el cobre libere cargas y quede la barra cargada positivamente, mientras que la barra de aluminio queda cargada negativamente. La barra de cobre y la de aluminio están en contacto a través de dos caminos: uno de ellos, tu cuerpo, y otro a través de los alambres y el amperímetro, lo que nos produce un circuito cerrado.

El cobre y el aluminio, como dijimos, tienden a quedar cargados eléctricamente por efecto de las reacciones químicas, pero como están conectados en un circuito cerrado, tenderán,a través de ese circuito, a transmitir la carga de un lado a otro y quedarán eléctricamente neutros. Esto produce una corriente a través del circuito cerrado, que no es otra cosa que el paso de carga a lo largo de éste. Este flujo de carga es lo que mide el amperímetro, y es tan pequeño que tu cuerpo no lo siente.

Pila electroquímica papa

¿Qué hacer?
-Inserta las dos puntas en una papa.

¿Qué ver?
-Observa que la aguja del amperímetro se desplaza. Esto indica que se genera una corriente.

¿Qué sucede?
Al poner en contacto una punta de cobre y una de aluminio con la papa, se producen varias reacciones químicas entre el cobre y el aluminio con algunas de estas sustancias. Esto hace que el cobre libere cargas y quede cargado positivamente, mientras el aluminio queda cargado negativamente. La punta de cobre y la de aluminio están en contacto a través de dos caminos: uno de ellos la papa misma, y otro a través de los alambres y el amperímetro, lo que produce un circuito cerrado.

El cobre y el aluminio, como dijimos, tienden a quedar cargados por efecto de las reacciones químicas, pero como están conectados en un circuito cerrado tenderán a través de ese circuito a transmitir la carga de uno a otro y quedar eléctricamente neutros. Esto produce una corriente a través del circuito cerrado, que no es otra cosa que el paso de la carga a través del circuito.

El amperímetro es un aparato que nos permite detectar y medir esta corriente eléctrica.