Hace un tiempo fui a la chatarra y encontré un transformador de enormes dimensiones que provenía de un viejo transmisor de amplitud modulada, y como buen junta mugre no resistí la tentación y me lo traje.
Como pueden ver es bastante grande, tenía varios devanados secundarios de alta tensión que terminé cortándolos con una amoladora angular dejando solo el primario y me quedó bastante ventana libre para agregar un solo secundario de unas pocas vueltas de cable forrado de aluminio con 7 alambres de 2 mm cada uno, como para la soldadora se requiere muy baja tensión unos 4 o 5 voltios hice un devanado con dos cables de los que comenté antes que son suficientes para aguantar unos 300 A quedando así
En total son 5 vueltas dobles que proporcionan una tensión de 4.15 V, por supuesto esta tensión no es nada peligrosa.
Muchos se han fabricado este tipo de soldadoras con transformadores de microondas, le quitan el secundario y allí arrollan las vueltas de cable grueso.
Se requieren dos electrodos de cobre que se pueden moldear con el torno o bien con una buena lima, en mi caso traje de la chatarra unos viejos soldadores tipo martillo que se usan en plomería.
Los conductores que van desde el transformador a los electrodos tienen que ser bien gruesos y lo mas corto posibles, en mi caso quedaron bastante largos y en cuanto pueda corregiré este tema, estos conductores los pueden conseguir en algún desarmadero de vehículos son los cables bien gruesos que llevan las baterías deben tener buenos terminales soldados.
Se puede hacer un armazón para montar ambos electrodos, pero como es una herramienta que no uso seguido monté el dispositivo en la misma agujereadora de banco
En esta foto se aprecia el grosor de los conductores. Para dejar aislado uno de los electrodos usé teflón
Puede usarse una buena madera también, el teflón es bastante flexible y eso no es muy conveniente ya que en el momento de hacer la soldadura se debe hacer buena presión.
El IUM (interruptor de usos múltiples) Para activar el transformador en el momento de soldar uso este interruptor que sirve bastante en el taller no solo para esto.
Se activa con el pié, así tenemos ambas manos libres para sostener la pieza y la palanca que hace la presión
Como ven es muy simple con un interruptor de timbre un resorte y un taco de madera que hace de tope a la madera (por si la pata es muy pesada je je)
Siempre que tenemos que mostrar algo en el microscopio nos topamos con que en el laboratorio generalmente hay uno o dos microscopios y los alumnos a veces son 20 o mas, lo que nos hace perder valioso tiempo y además que los 19 que no están mirando anden deambulando y toqueteando todo lo que tienen a su alcance (sobre todo se la toman con el esqueleto).
Como solucionar esto, amiguémonos con la tecnología profes!!!
Que necesitamos: muy poco, una cámara web y la computadora, además algún caño del mismo diámetro del ocular del microscopio, si son mas los alumnos se recomienda un cañón proyector de pantalla
El paso a paso de como hacerlo
Camarita web común y silvestre
Las cámaras web traen una lente al frente que se desenrosca, a veces se puede sacar directamente desenrroscando hasta que nos quedamos con la lente en la mano, otras veces como en mi caso hay que sacar una especie de arandela plástica que hace de tope
Sacar el plástico del frente , se ve al costado derecho
Luego se saca la lente
Una vez hecho esto, conseguimos un caño que tenga el mismo diámetro que el ocular del microscopio, y con cinta scotch hacemos que este entre bien ajustado en la carcasa de la cámara
Caño de aluminio o plástico del diámetro del ocular
Con cinta se aumenta el diámetro para que entre justo en la carcasa de la camarita
Se saca el ocular y se coloca en su lugar el dispositivo
Se conecta a la pc y se modifican los parámetros, de brillo, contraste, y los que tenga el soft para lograr la imagen mas nítida que podamos
Bueno en esta salí yo reflejado con mi cámara además de las células.
Este sistema es muy bueno, pero la cámara magnifica bastante mas que el ocular, hay que tratar de usar el objetivo mas panorámico ( x10) y si es posible no usar microscopios binoculares que en general tienen un prisma que aumenta mas aún.
No pondré teoría, si la necesitan en la wikipedia esta muy bien
Hay algunas pruebas interesantes que se pueden realizar en el aula con muy poco material y que pueden resultar bastante atractivas.
Hay que conseguir alguna calculadora que ya no se use o un reloj o algún aparato que tenga un visor (display) del tipo LCD. Debe ser algo que ya no usemos porque vamos a desarmarlo y ya no volverá a funcionar.
Con cuidado se sacan los tornillos del aparato y los de la plaqueta con la electrónica, debajo de esta encontramos el display, generalmente estos están conectados eléctricamente a la plaqueta con una especie de goma, sacamos la goma o la cinta de contactos y dejamos solamente el visor que en definitiva es lo que usaremos en este trabajo.
Un viejo reloj de cocina para hacer huevos duros entregó su cuerpo a la ciencia…
El display ya separado
Para empezar es bueno realizar una inspección ocular del mismo
Vemos que son a simple vista dos placas de vidrio pegadas entre si y en la parte posterior una especie de plástico de color metalizado.
Antes de retirar el plástico este vamos a observar que los dos vidrios no tienen el mismo tamaño, hay uno mas grande que deja sobresalir una solapa, donde iba pegada la goma con los contactos, ponemos a la luz y variando el ángulo encontraremos en esa solapa una especie de terminales hechos en algo asi como un filigrana, es una tenue capa de oxido de indio que es conductora y tiene dibujado los números que no son otra cosa que electrodos, es transparente, bueno como vamos viendo no solo son los dos vidrios y el plástico reflector…
Ahora despegamos ese plástico con mucho cuidado
Se ha separado el plástico reflector de los vidrios
Como vemos el vidrio no es perfectamente claro, tiene un aspecto de lente para sol, en realidad se trata de dos vidrios polarizados uno polarizado horizontal y otro vertical, entre ambos vidrios se encuentra el cristal líquido.
Verificando la luz polarizada
Este par de vidrios es muy particular, para empezar harems la siguiente prueba, lo colocamos en forma horizontal sobre el plástico que despegamos y vemos como se ve el dispaly normal, ahora giramos 90º y ….
Negro, no se ve nada…. Igual podemos hacer la prueba tratando de ver algún otro display de un reloj en funcionamiento
Giramos y…
Porque no se ve en negativo????? Porque no veo los números?
Si el cristal líquido no estuviera deberíamos ver siempre negro, no debería pasar la luz, dado que los vidrios polarizados están uno horizontal y otro vertical, por tanto la luz que uno deja pasar el otro la ataja
Estos cristales líquidos están buenos para hacer ventanas, con un solo toque a un interruptor dejamos la casa oscura…
Otra experiencia interesante es la de calentar con una plancha el cristal, sabemos que los cristales líquidos son sensibles a los campos eléctricos y a la temperatura, de hecho hay muchos termómetros que están basados en cristales líquidos, por ejemplo este que sirve para la temperatura del baño del bebe (se consigue en cualquier farmacia)
Por último vamos a observar es cristal líquido que se encuentra entre ambos vidrios polarizados, para ello vamos a usar la plancha, si la de planchar camisas…
Por último un detalle de las partes de un LCD tomada de la wikipedia
Film de filtro vertical para polarizar la luz que entra.
Sustrato de vidrio con electrodos de Óxido de Indio ITO Las formas de los electrodos determinan las formas negras que aparecen cuando la pantalla se enciende y apaga. Los cantos verticales de la superficie son suaves.
Cristales liquidos "Twisted Nematic" (TN).
Sustrato de vidrio con film electrodo común (ITO) con los cantos horizontales para alinearse con el filtro horizontal.
Film de filtro horizontal para bloquear/permitir el paso de luz.
Superficie reflectante para enviar devolver la luz al espectador. En un LCD retroiluminado, esta capa es reemplazada por una fuente luminosa.
Continuando con la serie Diez experimentos con… esta vez le toca al vacío.
Algunas de estas pruebas requieren bombas de vacío bastante poderosas como difusoras que logran alcanzar vacíos próximos a 10^-6 bar es decir 1 micra, otras pueden realizarse con relativamente poco, si se dispone de una bomba mecánica del tipo de las usadas en refrigeración de dos etapas prácticamente pueden realizarse todas las pruebas, ya que con estas se logran vacíos del orden de los 5 x 10^-5, las bochas de heladera alcanzan vacíos pobres del orden de los 10^-3 bar o peores, pero alcanzaran para realizar algunas de las pruebas propuestas
Una bocha de heladera, abajo a la izquierda se ve la salida de vacío.
Esta es una bomba mecánica para refrigeración , apta para casi todos los experimentos aquí expuestos
Una bomba difusora autoconstruida que acoplada a la mecánica permite vacíos de 10^-6 torr
Otro requisito para realizarlos es una campana de vacío, preferentemente de vidrio para poder ver lo que pasa en su interior, en este mismo blog, en ideas útiles se puede ver como con un viejo filtro de gasoil se fabricó una campana que dará buenos resultados en casi todos los experimentos Campana de vacío con filtro de gasoil
Campana de vacío con filtro de gasoil
En la actualidad he armado otra campana un poco mas elaborada, sin embargo no es nada fácil el eliminar las fugas
La campana y por debajo la bomba difusora, el caño corrugado es la conexión a la bomba mecánica de dos etapas. Los cables que se ven en el interior son un termopar que permite medir la temperatura interna de la campana y objetos que se coloquen en su interior.
Hay algunas pruebas que ya fueron presentadas en este blog, las que serán direccionadas para no ocupar lugar con lo mismo.
Para trabajar con vacío también es necesario un medidor, si se usa la bocha de heladera bastará con este simple instrumento, si trabajamos con bombas mas potentes necesitaremos al menos una sonda con una resistencia de platino como el que se propone acá en la página del PFDC de www.cientificosaficionados.com .
Las pruebas
1. Los hemisferios de Magdeburgo
Elegí esta como primera prueba por su importancia histórica, se trata de dos semiesferas huecas unidas en su ecuador con una junta tórica, donde se realiza el vacío, Luego de realizado será muy difícil separar ambas partes ya que la presión atmosférica hará una gran fuerza que las mantendrá unidas. Este dispositivo fue inventado por Otto von Guericke quien demostró la existencia del vacío, algo que en su época no se suponía posible (u horror vacui)
Para fabricar el dispositivo partimos de una vieja garrafa para cargar sifones que buscamos en la chatarra, tiene paredes gruesas que permiten un surco donde se alojará la junta y el lugar para una canilla por donde se sacará el aire.
La garrafa conseguida en la chatarra
Ya cortadas
2. El sonido en el vacío
Esta prueba es muy sencilla y muy educativa, en el vacío no se propaga el sonido, la prueba consiste en colocar un reloj despertador en la campana programándolo para que suene a los pocos minutos, se realiza el vacío y se constata el silencio absoluto.
3. El Tubo de Crookes.
Este experimento ya fue descrito en este blog aquí.
4. Los cambios de estado
Se coloca en la campana un recipiente con agua y se comienza a hacer el vacío, enseguida veremos como el agua comienza a hervir. Cuando la presión de vapor se iguala a la presión atmosférica comienza a hervir.
5. La temperatura en el vacío
Por lo visto en el experimento anterior se podría pensar que algún cambio en la temperatura puede haber? Para este experimento colocaremos un termopar dentro de la campana que irá sumergido en un recipiente con agua.
A medida que se va haciendo el vacío la temperatura del agua comienza a disminuir, y es lógico, cuando un líquido hierve se requiere de una energía que se toma de la propia masa de del líquido que ira perdiendo su temperatura, si ahora sacamos la sonda del termómetro fuera del líquido encontraremos temperaturas asombrosamente bajas hasta -28 ºC logré medir.
Este asunto de poner agua dentro de la campana no es muy saludable si luego necesitamos hacer vacío buenos, ya que el vapor de agua queda dentro de la misma y se tardan varias horas para evacuarlo con la bomba y hasta se corre el riesgo de echar a perder el aceite de la misma.
6. El astronauta sin traje espacial
Haremos la siguiente prueba y ruego a ecologistas y defensores de los animales abstenerse de comentarios, usaremos una lombriz de tierra, las que usan los pescadores (y para hacer hamburguesas según leí por ahí)
Colocamos la lombriz en un recipiente preferiblemente plástico (aislante termico), y a modo de anzuelo colocamos el termopar para monitorear la temperatura, luego comenzamos a hacer el vacío:
Que se ve, creen que va a explotar?
Nada de eso… Ocurre lo que ocurrió en el experimento anterior, el agua del interior del cuerpo comienza a hervir, y este pierde mas y mas temperatura hasta quedar hecho hielo, Arnold sos un mentiroso!! (película Total recall 1990), en una persona, los pulmones posiblemente exploten en el caso que se quiera mantener la respiración, ya que serían como un globo. En efecto en un accidente ocurrido en la nasa un operario quedó expuesto al vacío por unos segundos y recordaba que la saliva le hervía, el accidente terminó bien ya que la presión le fue normalizada en forma inmediata y a las pocas horas estaba totalmente repuesto.
Unas fotos de la prueba
La temperatura a la que llega en unos minutos
Se ve rígida y blanquecina.
7. Un tubo de rayos catódicos con una botella de penicilina.
Esta interesante técnica también fue descrita en este mismo blog y sirve para depositar metales sobre cualquier superficie. Los detalles aquí.
Una variante del sputering, Evaporación de metales
Esta es una de las pruebas que requieren de mas vacío, para que salga mas o menos bien. La técnica es bastante simple, si alcanzamos en la cámara una presión inferior a la presión de vapor de un metal este comenzará a evaporarse, si en el trayecto no se combina con nada, por eso el vacío se depositará en la primera superficie fría que encuentre. Esta técnica es utilizada en el plateado de espejos para telescopios.
Para realizar el evaporado de metales se requiere una bomba difusora, un transformador de baja tensión y alta corriente para poner incandescente un filamento que esta hecho de tungsteno, en mi caso cuatro hilos de 0.5 mm trenzados. También es necesario un variac para ir regulando la temperatura de este filamento sobre el cual se coloca el metal a evaporar. Se puede usar aluminio, que en formas de U se disponen sobre el filamento de tungsteno.
9. La compresibilidad de los gases
Los gases poseen las siguientes propiedades únicas que los caracterizan:
Compresibilidad: la capacidad de reducir su volumen ante la acción de la presión (una fuerza externa).
Elasticidad: la habilidad de recuperar volumen ante la supresión de una presión externa.
Capacidad de Difusión: la expansión de un gas a través de todo el volumen de su contenedor.
Dilatabilidad: el incremento en volumen ante un aumento en temperatura.
Con un globo en la campana veremos como se expande el poco aire que tiene en su interior ocupando prácticamente toda la campana, comprobando la primera de las propiedades antes mensionada.
También puede hacerse la misma prueba con crema de afeitar que aumentará considerablemente su volumen
10. Generando vacío con vapor
El vapor de agua desplaza al aire y enfriado bruscamente se contrae y provocando un vacío importante . prueba de ello es este experimento simple que puede hacerse en cualquier laboratorio.
Se toma un balón o un erlenmayer y se ponen unos pocos cm3 de agua, luego se lleva a ebullición sobre el mechero, inmediatamente se lo invierte sobre un recipiente con líquido, el resultado es espectacular, el agua del recipiente sube hasta llenar completamente el erlemayer.
Agradecimientos: A Hector.ar, Angel, Goyo, Lasnicolates y Anilandro de científicos aficionados que en todo momento estuvieron colaborando.
Poquito de teoría
Que es un espectrofotómetro? Se trata de un aparato óptico que permite hacer atravesar una muestra traslúcida por un as de luz monocromática, la que luego es detectada y cuantificada por un sensor y una electrónica adecuada, la frecuencia de la luz puede ser variada ya que dispone de una red de difracción. Esto permite conocer los espectros de absorción de líquidos coloreados y además se puede medir concentración de distintos metabolitos. De hecho estos instrumentos se usan a diario en química clínica para determinaciones de la concentración de distintos compuestos de la sangre (colesterol, glucosa etc) además la actividad de enzimas.
Los equipos comerciales pueden medir entre 340 nm hasta 750 nm.
El proyecto
El esquema básico de este espectrofotómetro experimental es este
Una fuente de luz blanca fuerte (foco halógeno), un as de la luz del mismo pasa por un colimador 1 e impacta sobre la red de difracción (es un trozo de CD), la red descompone la luz , esa red puede ser movida de manera que el espectro pueda correrselo, y de esa forma discriminar las distintas longitudes de onda (los distintos colores del espectro) Detrás de un segundo colimador 2 esta el tubo que lleva la muestra y por último esta el sensor que esta asociado a la electrónica.
Como sensor usé en primera instancia una fotocelda, pero era muy poco sensible por lo que la cambié por un fototubo
A la izquierda el fototubo y a la derecha la fotocelda
Todo el sistema óptico esta encerrado en una caja negra.
Toda la caja que contendrá la parte óptica se realizó en fibrafacil y luego se la pintó con acrílico negro, los colimadores son hojas de afeitar enfrentadas con un paso de luz de mas o menos 1 mm. Toda esta estructura luego se recubre con cartulina negra.
La red de difracción es un trozo de CD montado en un viejo capacitor variable, esto permite que al mover el vástago se mueva la red. Es importante que el CD conserve el espejo de la parte posterior.
Esta es la caja terminada, tuve que variar un poco el formato para que el as de luz pasara bien perpendicular al lugar donde va la muestra, en el zócalo octal va alojado el fototubo. He visto estos tubos en ebay por unos 15 U$A.
En esta imagen se ve la lámpara, el recinto donde va el fototubo ya esta cerrado y donde esta la cartulina despegada se ve el mando de la red de difracción, puede verse sobre la caja una cubeta de caras paralelas de 1 cm de paso de luz donde va la muestra.
En este video puede verse como actúa el discriminador
La electrónica es obra de mi querido amigo Ángel consta de dos operacionales bien comunes
Las resistencias que varían la sensibilidad del primer operacional fueron suplantadas por una sola de 50M
Al fototubo hubo que ponerle el cátodo a potencial, unos 70v, para aumentar su sensibilidad, el resto es tal cual el circuito.
Para variar la sensibilidad usé una fuente variable para alimentar la lámpara halógena, según me comentaron y pude comprobar no es lo mejor, pues se corre el espectro al bajar la intensidad, conviene usar el propio control de sensibilidad del circuito R2.
Como instrumento, usé uno de ocasión de 38 uA al que hice la escala en transmitancia (lineal) y en absorbancia (logarítmica)
Las pruebas:
Para saber si puede medir de un modo confiable concentraciones tomé una solución de Cl2Co que es de un color rosa al 1%, como no sabía a como era su espectro de absorción con el analizador automático de mi laboratorio realicé la curva Se hace así: con una muestra de la solución se toma la absorbancia a distintas longitudes de onda, siempre poniendo a cero con agua. El resultado fué este
Como puede verse el pico de máxima absorción esta en los 505 nm (verde) Luego para ver como se comportaba la solución hice una curva de concentración con este mismo equipo comercial La longitud de onda elegida es de 505 nm y de la misma solución madre hice 4 diluciones y la solución madre, al 100, 80,60, 40 y 20% El resultado de las lecturas dio esta curva perfectamente lineal (lo esperado)
Y por último me traje las soluciones a casa y tomé las lecturas en el espectrofotómetro casero, a ojo elegí la frecuencia, colocando un cartón en la pasada de luz que viene de la red de difracción busque el verde Puse a 0 de absorbancia con agua destilada y tomé las 5 medidas
Estos son los tubitos con las diluciones
Como puede verse no es la perfección de recta, pero fue lo suficiente para dejarme conforme, obviamente no se puede usar en un laboratorio profesional, pero si en un laboratorio de aficionado.
Para mejorar: graduar la red de difracción con las longitudes de onda del espectro.
Hay bastante luz espúrea que da sobre el fototubo, tal vez agregando otro colimador antes del sensor mejoraría ese aspecto
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