Poderoso generador de Van Der Graaff con materiales de andar por casa

 

Si un profe de física quiere entusiasmar a sus alumnos el Van Der Graaff es ideal, la cara de los chicos jugando con esta máquina es indescriptible.

Con mis alumnos del Instituto Los Sagrados Corazones de quinto año nos propusimos armar un VDG de proporciones para hacer un proyecto que pronto comentaré y que me pareció muy original y motivador.

Construcción del Van Der Graaff

La esfera

La potencia de un Van der Graaff esta dada en gran medida por el ancho de la banda de fricción y por el tamaño de la esfera, para este modelo usamos una bombona de gas freón, el que se usa para las heladeras y splits, el tamaño es de unos 40 cm por 30 cm de diámetro, su formato es bastante apropiado no tiene puntas y la soldadura central es bastante pareja, aunque seguro habrá que pulir alguna gotita de metal que sobresale.

Uno de los chicos con removedor quitó la pintura verde y la manija superior además pulió la garrafa.

Con una amoladora se hizo la entrada de la columna, que no es mas que un tubo de PVC de 10 cm de diámetro. Debe hacerse un agujero bastante holgado porque para matar el borde filoso le soldaremos un caño de cobre con estaño.

La garrafa presenta una especie de válvula de seguridad que habrá que rellenar luego con poxipol para evitar bordes afilados por donde escapen las cargas.

Como dije para matar el borde se corta longitudinalmente un caño de cobre y en el corte se encaja el borde afilado, luego se suelda con estaño

Detalle

Los rodillos

Ambos deben ser de materiales preferiblemente opuestos en la tabla triboeléctrica, se han usado teflón para el inferior y aluminio para el superior, en este caso el VDG será de cargas positivas

Siempre para que la correa no ande “bailando” es conveniente tornearlo en forma de barril. El rodillo inferior va solidario con una polea que va a un motor de licuadora.

El rodillo de teflón, esta presentado en unos soportes con bujes de bronce, luego se cambiaron por bujes de teflón como se ve en la siguiente imagen

Para estirar la correa se montó el rodillo en un tablero de fibrafacil que tiene bisagras del lado opuesto al de la foto y permite con la mariposa subir y bajar el conjunto.

El detalle del rodillo inferior y el peine. La correa que lo hace girar es una correa dentada de una impresora de matriz de punto, se corta y se hace un empalme dejándola a la medida y usando cianoacrilato (La gotita).

El rodillo de aluminio

El rodillo superior de aluminio montado en unas horquillas donde gira libremente, esas horquillas también pueden subirse o bajarse en caso de estiramiento de la banda. El peine superior e inferior están hechos de chapa de cobre y clavos, soldadas las cabezas de los mismos con estaño. Para sostener la esfera una U de caño de cobre.

La U y el peine superior

El motor

Como ya comenté es un robusto motor de licuadora a carbones controlado con un dimmer, ya que levanta muchísimas vueltas.

Circuito del dimmer

El motor esta montado en otro trozo de madera con correderas para poder ajustar la correa dentada. En la imagen pueden verse las bisagras que mencioné antes para ajustar la banda de fricción.

La banda de fricción

Esta hecha de foami, gomaeva como se la conoce en argentina, si bien no es muy fuerte dura bastante tiempo, el problema mas grande es que se desgasta en los bordes y ensucia de partículas que se pegan en el interior del caño que hace de soporte, otro problema es que al ser medio esponjosa retiene bastante la humedad. La banda de este VDG es de dos colores, no alcanzó una sola plancha de foami, se pega muy bien con cianoacrilato. Las uniones van en chanfle. El ancho es de 8 cm

El soporte

La columna esta construida con caño PVC de 10 cm de diámetro y 120 cm de alto, en la parte superior se le acondiciona una tapa ciega que se corta para soportar el rodillo superior que debe estar bien aislado de la esfera y el peine.

La parte inferior tiene un accesorio de PVC donde encaja el tubo y se mantiene firme. Este accesorio va atornillado en una madera que esta a unos 20 cm sobre la madera que tiene el motor y el rodillo inferior.

Las pruebas

En este mismo blog estan las diez pruebas con el Van Der Graaff que escribí en su día.

http://anajesusa.wordpress.com/2006/10/22/diez-experimentos-con-el-van-der-graaff/

Estas son unas fotos y unos videos de mis alumnas con los pelos de punta

 

 

Tengo que reconocer que algunas no se ven muy distinto al aspecto que presentan a las 7h30 cuando entran al cole :)

 

Todo un show estas niñas

 

Ciclotrón didáctico (de macropartículas)

El ciclotrón es un acelerador de partículas que presenta la ventaja de conseguir buenas aceleraciones sin la necesidad de altas tensiones, se trata de dos semicírculos huecos enfrentados de sus partes planas, estos semicírculos se les llama Ds, perpendicular a estas hay un campo magnético uniforme.

Ambas D, están conectadas a un generador de radiofrecuencia (una corriente alternada) de modo que la partícula cargada que se encuentre ambas D será atraída en un momento hacia la D que tenga polaridad opuesta y hacia allí se acelerará, a su vez el campo magnético hará que su trayectoria se curve, como la corriente que alimenta es alterna (radiofrecuencia) en el momento que la partícula quede dentro de la D ésta cambiará su polaridad y así la partícula se verá repelida a la vez que es atraída por la otra, siempre girando en forma de espiral debido al campo magnético, así se repite el ciclo hasta que por el tamaño físico del ciclotrón la partícula sale por un canal acelerada (no esta dibujado en el diagrama adjunto), cuantos mas giros consiga hacerle dar a la partícula mayor será la aceleración alcanzada.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclotron_patent.png

Hacer un ciclotrón no es sencillo se deben manejar unos electroimanes muy potentes y no esta al alcance de un laboratorio de aficionado, aunque algunos lo han conseguido.

Como forma demostrativa  de este dispositivo que les presento este arreglo que servirá muy bien.

Necesitaremos una tulipa de iluminación o una ensaladera plástica con esta forma

Nótese que las tiras de aluminio están unidas en forma alternada, quedará una positiva seguida de una negativa, las que no llegan al centro están unidas por afuera

Como fuente de alta tensión puede usarse un Van Der Graaff , una fuente hecha con un flyback o una máquina de Winshurst.

El dispositivo armado, conectado a la fuente de alta tensión

La partícula a utilizar será una pelota de ping pong pintada con tinta china para hacerla conductora. Las cintas son de foil de aluminio de tipo usado para horno de cocina, van pegadas a la tulipa con cemento de contacto.

Antes de poner en marcha el dispositivo, conviene colocar en el centro (en el cruce de las dos cintas) un cilindro aislante, en este caso usé un acople rápido de manguera de jardín, pero puede usarse un tubo de pvc o un frasco plástico cualquiera.

La pelota de ping pong debe estar pintada con tinta china, de otro modo no funcionará, también puede verse el cilindro aislante que ayudará a que arranque en forma inmediata

Cuando le demos la tensión inmediatamente la pelota comenzará a girar cada vez con mayor aceleración, (tratar de no darle mucha tensión para que no salten arcos entre las cintas).

Si bien el funcionamiento se basa en atracción y repulsión de la partícula cargada y el giro no lo da un campo magnético sino la misma forma del recipiente, es muy demostrativo de lo que ocurre en el ciclotrón.

Mis alumnos lanzaran un globo a la estratosfera

A principios de año, en unas experiencias con cohetes de agua en mi asignatura (física), algunos de los chicos modificaron uno de estos cohetes para llevar a bordo un celular para que filmara el vuelo, después de ver el video se desató la locura y quisieron “volar mas alto”, y el profe César se dijo: “aprovecha gaviota, que no te veras en otra”, no es fácil entusiasmar alumnos :) . Así empezamos a masticar la idea de mandar un globo estratosférico.

Son alumnos de 5to año del IPEMyA 188 Dr Antonio Pérez de Villa Huidobro en la provincia de Córdoba.

El globo de látex, que debe ser del tipo meteorológico ya que en el transcurso del vuelo sufrirá grandes cambios de temperatura y volumen, la tropopausa, que es el límite entre la tropósfera y la estratósfera, es extremadamente fría, pueden alcanzarse los -75 °C y si no fuera de calidad el látex se podría endurecer y ponerse quebradizo, ésta es la parte del vuelo mas crítica donde suelen romperse los globos, esperemos éste no sea el caso.

Para esta altura del año ya tenemos casi todo, el globo de 300 grs y la carga útil que serán dos celulares nuevos Nokia 500, que nos donó la cooperativa eléctrica de Villa Huidobro, con cámara de 5Mp, uno irá filmando y el otro mantendrá activo un gps con un sistema de trackeo para el recupero luego del vuelo, también por gentileza de AMSAT Argentina y en especial de Ignacio Mazzitelli, que nos ha mandado de regalo una sonda meteorológica marca Vaisala con su paracaídas,  esta sonda en tiempo real nos dará información de temperatura, presión, altitud, humedad y a su vez coordenadas de ubicación ya que también cuenta con un gps .



Estos globos ascienden hasta la estratosfera, que es una capa de la atmósfera que esta entre los 12 y 50 Km de altura, allí la presión atmosférica disminuye tanto que el globo se dilata a varias veces el tamaño que tenía en la superficie, hasta que el látex cede y explota, inmediatamente debajo del globo va un pequeño paracaídas que al dejar de ser jalado se despliega y va a amortiguar la caída de la carga útil.

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1ESO/atmosfera/contenidos3.htm

El globo, para que ascienda, debe ser inflado con un gas mas liviano que el aire, puede llenarse con hidrógeno o con helio, el hidrógeno es mas económico, pero resulta muy peligroso porque es explosivo y en un proyecto como este no es opción, así que usaremos helio, un gas inerte con el que se suelen inflar globos de cumpleaños, tenemos dos garrafas descartables donadas por el Centro de Ganaderos de Villa Huidobro que hacen un volumen total de unos 0,85 m3.

La fecha estimativa de lanzamiento es el 4 de octubre de 2013 a las 10h00, hora argentina, si las condiciones atmosféricas así lo permiten y si el ANAC (Administración Nacional de Aviación Civil, la entidad que autoriza el uso del espacio aéreo) nos da el permiso correspondiente, que esta siendo gestionado, no se pueden hacer estos experimentos sin esta documentación ya que el globo va a atravesar dos veces la altitud de las rutas aéreas y podría causar algún problema a alguna aeronave que eventualmente pasara en ese momento.

Según algunas predicciones que hemos hecho usando un predictor de la Universidad de Cambridge, http://www.cusf.co.uk/, desde Villa Huidobro el globo se desplazaría con rumbo ESTE hasta unos 220 Km con un tiempo de vuelo de 2h35, hasta una zona cercana a la ciudad de Venado Tuerto en la provincia de Santa Fe. Esto es estimativo y solo ilustrativo de este documento, la predicción debe hacerse un rato antes del lanzamiento.



Este tipo de proyectos muchas veces excede la planificación curricular de la asignatura, tengo que agradecer la apertura y apoyo de las autoridades directivas que siempre me alientan, personalmente creo que si bien es importante terminar una planificación, es muy importante también aprovechar cuando se encuentra interés espontáneo por algún tema, estimular al alumno aunque se escape de la currícula, en este proyecto han (y he) aprendido sobre capas atmosféricas, vientos en las capas superiores, temperaturas a distintas altitudes, efectos de la presión atmosférica en gases encerrados en el globo, velocidades de ascenso y descenso, calculo de las mismas, decodificación de señales digitales, trackeo con gps, manejo de software variados, uso de editores de video y aún otras cosas que se me escapan ahora.

Algunos detalles:

Sobre la radiosonda Vaisala

La radiosonda alimentada por una fuente externa para pruebas, cuando sea lanzada irá con dos baterías de celular en serie, la batería que trae la sonda es algo pesada.

Este dispositivo nos va a proporcionar en tiempo real, datos de temperatura, humedad, presión y altitud, a su vez tiene también un gps incorporado que nos dirá en que lugar esta el globo, dato muy importante para terminar bien este proyecto y recuperar la carga útil. Todos estos datos los emite la propia sonda en un formato digital en una señal que podrá recibirse desde la “sala de telemetría” en 402,7 Mhz (UHF), esto se hace con un receptor para esta frecuencia que a su vez esta conectado a un ordenador que con un programa llamado sondemonitor que decodificará ese sonido que se recibe.

En la imagen se ve la antena de 10 elementos que se usará para recibir la señal de la radiosonda, va montada en el trípode de un telescopio.

Alito dejá es perro! :)

El receptor es un TM733 de Kenwood, pero puede usarse un dongle (receptor SDR) que cuesta apenas unos 10 U$A con buenos resultados.

El frente del receptor, la señal a fondo de escala.

Cualquier persona que tenga un receptor en esta frecuencia podrá recibir la señal de la sonda e incluso decodificarla con el programa mencionado aunque se encuentre a muchos kilómetros de distancia.

El soft sondemonitor muestra a la izquierda, una ventana con los datos de presión altitud, temperatura y humedad, en esta imagen los datos del gps están en cero porque no estaba agregado en el programa el archivo “almanaque” que puede descargarse de internet. En la ventana grande están las curvas de presión temperatura y humedad

Un video de los chicos explicando con sus palabras la aventura

Continuará…

Improvisando diodos zener

A veces pienso que mi mujer tiene razón y estoy un poco enfermo, el hecho es que cuando reparo algún aparato y quito algún transistor que esta quemado o tiene algún defecto no lo tiro (el colmo del rata) pasa que a veces le queda sana una de las junturas y puede usarse como diodo, pero mejor aún, como un diodo zener, esto vale para los transistores de silicio, no he probado con otros. Los valores entre los que regula van de los 5v a los 9v de acuerdo con el transistor que se use y si es pnp o npn.

Como se hace para medir: (esto será elemental para muchos, pero alguno que esta empezando con la electrónica puede necesitarlo)

Acordarse de que el zener para que regule debe estar polarizado al revés.

En el multímetro de la izquierda esta la tensión de la fuente y en el de la derecha la tensión a la que regula el zener. Son interesantes los valores, ya que no son valores comunes , en este caso 8,1V

El detalle de la conexión de prueba

Una hornalla de alcohol con lata de refresco (ideal para el camping)

 

Esta sencilla pero eficiente hornalla esta hecha con una lata de aluminio de cerveza o de refresco y se basa en la gasificación del alcohol (el de farmacia o de quemar) en una cámara cerrada.



Conviene tener 2 latas, cuando tengamos los cortes de la primera lata como indica el dibujo, al sector 3 lo vamos a colocar a presión en la base de la otra lata, esto va a agrandar un poco la boca para que entre bien el sector 1 una vez que armemos el quemador.

Las latas tienen alrededor de 12 cm de alto una tira de 1 cm que corresponde al sector 4 la vamos a desechar.



Marcar la lata con un fibrón



Cortar la parte superior por el surco





Cortamos con la tijera por las marcas



A la parte superior de la lata se le hacen cortes de medio cm



La parte central que va cortada a lo largo para poder adaptar su diámetro ambien se le hacen cortes con la tijera de mas o menos 1.5 cm



En la imagen puede verse la parte central de la lata ya instalada, encaja justo en el borde superior



Marcados los lugares que hay que agujerear con mecha de 1 mm



El modelo terminado, pulido con lana de acero

En este vídeo puede verse el funcionamiento

Formación de imagenes reales con Mirascope

Este lindo juguete ciencia, es un juego de espejos parabólicos, ya habrán visto en el trabajo de las diez pruebas con calor y temperatura que los he usado para otros fines.

En argentina el Mirascope cuesta 230 $, en ebay puede conseguirse por U$A 12 con los costos de envío incluidos (aquí) yo lo pedí ahí mismo, mas o menos tardo en llegar unos 15 días, la caja llegó bastante deteriorada , pero los espejos perfectamente.



La caja que contiene el juguete



Los dos espejos y el pequeño pié.

Estos dos espejos colocados uno sobre el otro son capaces de formar una imagen real de un objeto pequeño que se encuentre dentro



En esta imagen se muestra como se produce esa imagen real.

Dejo un video de este curioso efecto.

Figuras de Chladni con un parlante y un vaso plástico

Cuando Napoleón vio las figuras que se formaban en una placa metálica que Enest Chladni hacía vibrar con el arco de un violín, quedó profundamente impactado “El sonido puede verse” comentó.

En efecto son muy llamativas estas figuras que se forman, las ondas sonoras se propagan formando sobre la superficie nodos donde la vibración es mínima y máximos, entonces los cuerpos granulares de la superficie se distribuyen formando patrones.

El alemán Chladni dibujó los patrones que se ven en la imagen precedente.

Para poder reproducir este curioso experimento vamos a usar un altoparlante común al que vamos a pegar un vaso plástico, como se ve en la imagen.

El vaso se pega con cemento de contacto al cono del parlante

También vamos a necesitar una chapa que no sea muy gruesa pero si que sea bien plana, no debe pesar mucho porque va a comprimir demasiado el parlante y no trabajará bien

Puede ser la tapa de algún CPU viejo, esta lámina irá apoyada sobre el vaso plástico, no necesita estar pegada

Tratar que el apoyo quede bien en el centro de la lámina metálica.

También será conveniente usar un amplificador, aunque es conveniente probar directamente con la placa amplificadora de la PC, se puede conectar directamente el parlante a la salida de auriculares de la misma, si vemos que no se alcanzan a mover los granos de sal necesitaremos algo un poco mas potente, cualquier amplificador de un minicomponente o como en este caso usé un viejo reproductor de magazines.

Se conecta el parlante a una de las salidas y una improvisada entrada se conecta a la salida de auriculares de la PC

Para generar los tonos usaremos algún programa para generarlos de uso gratuito, en mi caso usé un programa de evaluación muy liviano que pueden descargar de aca

Con el ratón en la barra que dice Hertz con la flechita bajamos o subimos frecuencia le damos start y arranca el sonido.

El video de como salen los patrones.