Diez pruebas con la Wimshurst

Con la colaboración de un activo miembro del foro de www.cientificosaficionados.com el amigo DavidFl hemos completado diez pruebas con la maquina de Wimshurst tratando de no repetir las que ya figuran en este blog con el título 10 pruebas con el GVG, que como todos sabemos es también al igual que la Wimshurst un generador de cargas estáticas.

Gracias David por los aportes
Acá va el documento:

Diez pruebas con la Wimshurst

 

1. Generación de Ozono

Muchas máquinas electrostáticas producen en el ambiente la aparición de este gas de un olor característico, el olor característico de la tormenta eléctrica. Este gas tan nombrado se produce por la exitación de los átomos de O2  por chispas eléctricas, los mismos se combinan con otro átomo de O y dan  O3.

Este gas es un bactericida muy potente, además desodorante, pero inhalado durante bastante tiempo es venenoso así que ojo con la nariz, un ratito esta bien mas hace mal.

 

2. Las pelotitas inquietas:

Con un frasco de vidrio se perfora el fondo y se le coloca en el fondo un piso metálico, por el agujero que se practicó se pasa un conductor metálico, que puede ser un tornillo, en el interior del frasco se colocan varias pelotitas de aluminio de horno, por medio de unas cadenitas o cables se conecta el terminal superior a uno de los terminales de la Wimshurst y con otra cadenita la tapa metálica del frasco. Se pone en marcha la máquina y se verá un tremendo movimiento de las pelotitas. Puede realizarse el experimento también con pelotitas de telgopor pintadas con tinta china 

 

        

   

3. Jugando tenis de mesa con la electrostática

Se colocan dos placas de aluminio separadas unos 6 cm  sobre un soporte de acrílico, entre ambas placas se pone un péndulo, ambas placas van conectadas a sendos electrodos de la máquina, una vez puesta en marcha comienza la función

Esto resulta una versión modificada de campanas de Franklin.

 

             

4. El pararrayos

Este experimento resulta bastante llamativo, pero se sugiere tener un extintor a la mano, por si las moscas vió?

Se construye una maqueta de cartón y en el techo se le practica un agujero por donde se hace sobresalir un terminal que oficiará de pararrayos, inmediatamente bajo éste, hay algodón embebido en bencina o nafta. Uno de los terminales de la W, va conectado al pararrayos. Se le acerca el otro Terminal con la máquina en movimiento hasta que desprenda el arco, se verá que a la maqueta no le ocurre nada, luego el mismo terminal que hacía de pararrayos  se coloca por debajo del algodón  con combustible sin que sobresalga, se acerca el otro terminal y al primer arco la casita se incendia, con el extintor se procede a apagar.

 

        

   

5. El agua como acumulador de cargas

En este experimento vamos a usar un frasco con agua hasta casi la boca, donde introducimos un vástago metálico que lleva montado en su parte superior un electroscopio formado por dos pelotitas de telgopor .

Se toca el vástago con uno de los terminales de la W y el electroscopio inmediatamente acusará la carga, luego se retira el Terminal de la W y se comprueba que el electroscopio se mantiene acusando la carga que quedó acumulada en el agua

            

6. Motor electrostatico con PET y latas de cerveza

Este motor consta de dos latas de cerveza como muestra la imagen, la botella de gaseosa de ½ litro tiene adherido dos trozos de papel aluminio, a su vez cada lata de de cerveza tiene dos escobillas que rozan la botella de gaseosa  por ambos lados. A cada lata se conecta uno de los electrodos de la W y se da marcha a la máquina, la PET comenzará a girar como un motor.

 

            

7.      Comprobando la radiación Ultravioleta en los rayos 

Este experimento debe realizarse al oscuro, se acercan lo suficiente los terminales de la máquina para que los arcos sean bien brillantes y tengan una buena frecuencia, frente al operador hay que colocar una pantalla que no permita ver el arco, por otro lado se prepara un poco de soda cáustica en agua, con la que se moja un circulo en un papel blanco de hoja A4, la soda cáustica sobre el papel cuando esta húmeda, presenta una hermosa fluorescencia amarilla frente a la luz UV, con la mano se la sostiene en las cercanías de arco y se verá el efecto.

     8.  Visualización del campo eléctrico.

Esta prueba viene bien combinarla con la visualización de los campos magnéticos. Se prepara un plato plástico con aceite de cocina mas o menos 1 cm de aceite, flotando en el aceite se colocan semillas de césped, luego se acerca uno de los electrodos de la W y se observa la figura, luego se prueban diferentes configuraciones, los dos polos, dos terminales con cargas del mismo signo, electrodos circulares, etc.

   

        

9. Comprobando la ley de Gauss

Se prepara una malla conductora flexible de unos 10 cm de ancho por unos 25 de largo, sobre el borde mas largo se ponen flecos de papel de ambos lados, tambiéen puede hacerse colgando trozos de telgopor, después se coloca sobre unos aisladores y se toca con el electrodo la malla metálica, se verán los flecos levantarse de ambos lados. Una vez hecho esto se unen los extremos mas cortos de la malla quedando un cilindro, con flecos internos y externos, de la misma forma se coloca el dispositivo sobre un aislante y se toca con el electrodo la malla. Solo los flecos externos se levantaran comprobando  que las cargas

siempre tienden a ir a la parte exterior. 

     

  

     10.  El centellador

Esta experiencia es muy bonita, en un tubo de vidrio de unos 40 cm de largo puede ser de algún material de laboratorio o limpiando bien algún tubo fluorescente, se pegan trocitos de aluminio en forma de rombo con sus puntas enfrentadas y separadas alrededor de 2 mm, Se pegan con cemento de contacto formando una serpentina alrededor del tubo. En ambos extremos se hace una vuelta completa de papel aluminio, allí irán conectados ambos terminales de la Wimshurst. Cuando se pone en marcha la maquina los arcos saltaran simultáneamente formando una figura alrededor del tubo, hace acordar a las luces de los árboles de navidad

      

     

11. Una más... La bailarina electrostática

Una pequeña figura de aluminio baila y flota entre las dos placas de un condensador conectado a la máquina de Wimshurst, una de las placas es un elctróforo, la otra una chapa de aluminio que esta en el piso.

  

 

    

 

Electroforesis en acetato de celulosa

Electroforesis en acetato de celulosa (Cellogel)

 

Fundamento teórico

 

Es un método para fraccionar mezclas proteicas, tal como lo es el suero sanguineo, como las moléculas tienen distinta movilidad cuando son sometidas a la acción de un campo eléctrico, separándose en fracciones. El buffer o tampón que se use para la corrida es fundamental, porque de él va a depender la carga neta de las moléculas, de su pH. Otros factores importantes son el tamaño de la molécula, la intensidad de corriente utilizada y la temperatura.

Nota: No es que las proteínas en realidad tengan carga, tienen carga neta cero en su punto isoeléctrico, pero a determinado pH hay grupos ionizables principalmente COO^-  y NH3⁺ que le dan esa carga necesaria para el fraccionamiento.

 

Materiales a utilizar

 

Una fuente de unos 150 DCV 100 mA

Una cuba electroforética (ver foto) esta es comprada, pero puede fabricarse fácilmente con acrílico, son dos compartimentos separados sobre la separación va montado un puente de acrílico también donde se monta el cellogel

Aplicadores o sembradores  El mío esta hecho casero con  una aguja de hipodérmica de las gruesas, con el dremel le rebajé la cánula hasta dejarla media caña (ver foto), tiene un tamaño de 0.7 cm, por cada tira de 2 cm de ancho largo dos siembras de la misma muestra, una para eluir y la otra para presentar en el informe

 

Reactivos

 

Tiras de cellogel se compran en lugares donde venden insumos para laboratorios de análisis clínicos, vienen en sobres que contiene un líquido, una vez abiertas deben conservarse en un frasco con metanol al 40%, si se secan no sirven más.

 

Buffer: hay muchas fórmulas, la que yo uso es la de veronal sódico al 0.04M,

Veronal sódico         8.24gr

Agua desestilada csp 1000 ml de solución

Conviene preparar menos, el buffer se puede usar muchas veces, una vez hecha la corrida se guarda en un frasco bien tapado para la próxima, el único problema es que puede contaminarse con hongos.

 

Liquido colorante Esta solución también puede usarse muchas veces, una vez coloreada la corrida se guarda en un frasco bien tapado

Negro amido 10B        0.5 gr

Metanol                       45 ml

Ac Acético                  10 ml

Agua                            45 ml

 

Liquido decolorante

Metanol                        47.5 ml

Ac Acético                     5 ml

Agua                             47.5 ml

 

Solución transparentizadora:

Metanol                        85 ml

Acético                         14 ml

Glicerina                         1 ml

 

Liquido para eluir

Acetico al  80%

 

Método

Se toma una tira de cellogel y se la seca entre dos papeles tipo tissue, luego se la coloca en un recipiente que tenga buffer, se la deja durante unos 10 minutos, transcurridos, se la saca y se absorbe el exceso con papel tissue, se la monta sobre el puente de la cuba con la cara opaca hacia arriba, las tiras vienen con un corte en chanfle en una de sus esquinas, ese chanfle debe estar al lado derecho del operador.

La siembra se hace a 1,5 cm del cátodo, con el aplicador antes descrito. Conviene ser rápido en todo esto para evitar que se evapore el líquido del acetato y se reseque

En la cuba se coloca en ambos compartimentos una buena cantidad de buffer. Y se pone el puente con la tira.

Se enciende la fuente, si es regulable se le da unos 150v y la corriente andará mas o menos a 1 mA por cada cm de ancho de la tira, en mi caso uso tiras de 2 cm.

Se deja 50 minutos. Si se quiere visualizar por donde anda la corrida al suero puede agregarsele una tintura (azúl de bromofenol en alcohol al 1%)

Transcurrido el tiempo se desconecta la fuente de la red y se saca la tira, ojo si se manipula, las manos deben estar bien limpias y desengrasadas. Se traslada la tira cortándole ambos extremos (dejamos solo la parte donde se encuentra el suero ya fraccionado) a un recipiente con el líquido colorante por unos 4 minutos, luego se trasvasa el liquido a su frasco y la tira puede lavarse con agua de la canilla, se la pasa luego a un recipiente con liquido decolorante, agitándola y haciendo sucesivos lavados hasta que quede el fondo completamente blanco, en este momento ya se visualizan perfectamente las fracciones, pero falta transparentizar

Antes de pasar al líquido trasparentizador conviene por 1 minuto colocar en metanol puro, luego se pasa al líquido trasparentizador por 2 minutos, una vez hecho esto, se saca con precaución la tira y se la coloca sobre un vidrio cuidando que no queden burbujas de aire, se pone sobre alguna superficie caliente, puede ser el calor de una lámpara eléctrica, (yo lo hago directamente sobre la llama, pero ojo porque puede prenderse y chau trabajo, hay que empezar de nuevo). Una vez que se le aplica calor la tira se pone transparente se la deja secar y ya tenemos nuestra corrida electroforética.

 

 

Interpretación

De total de las proteínas humanas cuyo valor normal en suero es de 6 a 8 gr/dl los porcentajes de las fracciones corresponden a:

Fracciones	Valores de referencia %	Valores de referencia g/dl
Albúmina	48,4 – 66,1	3,39-4,63
Alfa 1	2,6 – 6,3	0,18 – 0,44
Alfa 2	7,1 – 13,6	0,50 – 0.95
Beta	7,5 – 14,3	0,52 – 1,00
Gama	8,7 – 23,7	0,61 – 1,66

 

Para realizar el cálculo porcentual de las distintas fracciones se puede hacer con un densitómetro, pero también se puede hacer por elusión que es lo que voy a explicar a continuación.

Se corta la corrida de acuerdo a las líneas que he marcado, digamos en los valles:

 

Se preparan 6 tubos de ensayo numerados del 1 al 6 al primero se le agregan 10 ml de acético al 80% y a cada uno de los restantes 5 ml, el corte nro 1 se coloca en el primer tubo el 2 en el segundo y asi hasta el quinto, al último tubo  se le agrega un trozo de tira como la nro 6, que se usará de blanco. Se agita hasta que los trocitos se hayan disuelto

Para cuantificar se necesita un espectrofotómetro, se pone a cero con el tubo 6 y se leen las densidades ópticas de cada tubo a 620 nm, se anota cada valor, al primer tubo se lo multiplica por dos (tiene el doble de eluyente) se suman todos los valores, ese valor corresponde al 100% luego regla de 3 simple se calculan los porcentajes de las distintas fracciones.

 

Síntesis del proceso

 

1. Colocar el cellogel 10 minutos en buffer
   
2. Llenar la cuba con buffer
   
3. Hacer la siembra del suero del lado opaco de la tira a 1.5 cm del lado negativo de la cuba
   
4. Por 50 minutos dar 150v
   
5. Colocar en liquido colorante 4 minutos
   
6. Lavar con agua de la canilla
   
7. Decolorar con liquido decolorante
   
8. Pasar a metílico por 1 minuto
   
9. Colocar en solución transparentizadora 2 minutos
   
10. Colocar en un vidrio sobre alguna superficie caliente hasta total transparencia
    
11. Dejar secar y eluir si se desea

 

Avisos y advertencias

 

1.  El alcohol metílico es muy venenoso, se absorbe por piel y mucosas asi que trabajar con guantes y ni  se les ocurra darse un traguito, porque pasan derecho al hospital, lo bueno es que para curarlos de la intoxicación con metílico se les da vodka, whisky  o alguna otra bebida blanca, para que el etílico compita con el metílico, ya ven que no todos los remedios son horribles je je

 

2.  No meter las manos en la cuba cuando esta enchufada a la red, si la fuente tiene miliamperímetro fijarse que este en cero antes de tocar.

 

3. Los materiales como sueros o plasmas si no sabemos bien su procedencia pueden tener enfermedades muy peligrosas HIV, hepatitis A, B, C o D etc conviene ser muy cauteloso en su manejo

La Máquina de Winshurst en accion (video)

 He modificado un poco el diseño porque me saltaban chispas entre las secciones como asi tambien en las "garrafas" de desodorante, Los resultados resultaron bastante favorables, casi ya estoy conforme con mi Wimshurst, esta produciendo arcos del orden de los 4 cm, pueden ver en la sección fotos la nueva estructura que sostiene a los colectores y ademas he dejado las garrafas de Leyden sueltas para probar nuevos materiales, además para sacarlas en casos de presentaciones con alumnos, no olvidar que son capacitores con altísimo voltaje y muy alta corriente, una descarga eléctrica con los mismos puede ser muy peligrosa (fibrilación cardiaca)
Incluyo otro video

  

 

La máquina de Wimshurst casera

Se parte de dos discos de acrílico de 20 cm de diámetro, concéntricos con él llevan pegados unas poleas de 3.5 cm de diámetro. Como estos discos deben girar es conveniente colocarle algún buje metálico, para ello pueden usarse las válvulas de inflado de neumáticos de bicicleta.

Cada disco llevará pegados con cianoacrilato 20 sectores de chapa de aluminio que pueden cortarse de latas de gaseosa de unos 4 cm de largo por 1,4 cm en su parte más ancha, en forma de lágrima, con todos sus bordes redondeados, la separación de un sector con el otro debe ser tal que entre ambos entre otro sector.

Por otra parte se fabricaran con el mismo acrílico dos poleas más de 7 cm de diámetro que irán solidarias a una manija.

El soporte irá sobre un trozo de fibrafácil de unos 30 x 30 cm y estará construido en acrílico también, aunque puede hacerse con madera bien seca y barnizada.

El juego de poleas inferior solidarios con la manivela

Para los colectores se usó caño de cobre y para un perfecto aislamiento se usaron tubos de vidrio.

Las barras neutralizadoras son de alambre de cobre gruesa y las escobillas son pequeños resortes de alambre de nicrome de la resistencia de un viejo secador de cabellos, estas escobillas hacen contacto físico con los sectores

Las jarras de Leyden fueron fabricadas con sendos tubos de aluminio provenientes de unos desodorantes. El propio tubo hace de armadura interna, luego se envuelven sobre el mismo unas 7 u 8 vueltas de acetato transparente, el de tapas de carpeta y sobre este va la segunda armadura que es un trozo de aluminio del que se usa para cocinar al horno de 4,5 cm de ancho. En el siguiente diagrama puede verse como se dispone el capacitor aislándolo con acrílico

Los electrodos son de bronce, de un viejo picaporte, en esta imagen pueden verse las dos correas que hacen girar los platos, una esta cruzada para que giren uno en cada sentido.

Para entender mejor el funcionamiento agrego este esquema y una explicación breve de cómo trabaja la máquina

Esta es una máquina electroestática de influencia que genera alta tensión en dos terminales esféricos (F) donde se producen las chispas. Consiste en dos discos (A-B) de material aislante electrizable soportados sobre un mismo eje muy próximos uno del otro, donde el sentido de giro es opuesto entre ambos, girando la manivela. En la parte externa de cada disco hay colocadas pequeñas láminas ó sectores (A1-B1) de aluminio con terminaciones redondeadas o de otro material conductor formando entre ellas un patrón simétrico a lo lago de la circunferencia de cada disco. Estas tiras se electrizan por inducción (influencia) y las cargas generadas serán recogidas por colectores (G-H) los cuales están conectados a los terminales de descarga (F) que a su vez estarán potenciados por garrafas de Leyden (J). A su vez el dispositivo lleva por cada disco una barra neutralizadora (C1/C2 – D1/D2) que cortocircuita mediante peines de contacto o sistema similar dos tiras conductoras opuestas en dicho disco.

A grandes rasgos, la carga es generada cuando las láminas metálicas entran en contacto con los "peines" de la barra estabilizadora, donde una de la láminas pierde electrones y la lámina del extremo contrario los gana a través de dicha barra la cual es de material conductor, entonces tenemos una lámina positiva y la opuesta negativa. Esto se hace con los dos discos en rotación opuesta donde las dos láminas que tenemos cargadas se alinean con otras dos en el disco opuesto induciendo cargas opuestas. Al final la máquina está funcionando como doble electróforo de Volta en cada disco. En los laterales de los discos hay también dos colectores de carga en forma de "puntas" los cuales no están en contacto físico con los discos, los cuales se encargan de recoger uno cargas positivas y el otro colector cargas negativas, a su vez estos colectores se conectan a las barras de descarga potenciadas por garrafas de Leyden. La máquina normalmente arranca sola al girar la manivela porque siempre existe un desequilibrio natural en las cargas existentes en los discos sobre todo si se utilizan diferentes metales en las láminas ó sectores y en las barras neutralizadoras.