ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
En este módulo el origen de las fuerzas es diferente. Eltubo “le quita” electrones al cojín y se carga eléctricamente. Esta carga crea un campo eléctrico que provoca movimiento en objetos livianos, como los trozos de papel, sin embargo su duración es limitada.
En el segundo caso, el imán también crea un campo, pero a diferencia del campo eléctrico, éste se basa en “dominios magnéticos”, Los imanes son capaces de atraer metales como el hierro, el níquel y el cobalto y su duración es muchísimo más larga que el caso anterior.
LA MÁQUINA ELECTROESTÁTICA
Las esferas toman carga negativa de la placa inferior hasta ser repelidas y atraídas por la placa superior. Una vez en la placa superior, toman carga positiva hasta ser repelidas y atraídas nuevamente por la placa inferior. Este fenómeno se conoce como “Tormenta de Volta”.
Lo mismo pasa con las Campanitas de Franklin, el péndulo que está fuera de las campanas, cambia de signo cada vez que toca una de las campanas.
LA PILA DE VOLTA
Cuando el zinc y el cobre entran en contacto con un líquido ácido, el zinc comienza a liberar electrones, los que rápidamente son atraídos por la placa de cobre. Por otra parte, la placa de zinc libera iones positivos al líquido ácido.
Al conectar con un cable las dos placas, se genera un circuito donde fluyen electrones desde el zinc hacia el cobre, y de vuelta al zinc a través del líquido, es decir, se produce una corriente eléctrica.
EL EFECTO TERMOELÉCTRICO
Existen muchas formas de producir energía eléctrica, una de ellas es a través del calor. La placa que se muestra está compuesta por dos tipos de metales, cobre y bismuto. Si con la llama calentamos un solo lado y el otro lo dejamos frío, se producirá una corriente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos lados de la placa. A este fenómeno se le conoce como Efecto Seebeck.
La corriente generada por el Efecto Seebeck es la que permite que el pequeño ventilador funcione.
ELECTROMAGNETISMO
La brújula es un instrumento que sirve para determinar la dirección del campo magnético en la superficie terrestre. Ésta consta de una aguja imantada que se alinea en la dirección de los polos magnéticos Norte y Sur de la Tierra.
Toda corriente eléctrica produce un campo magnético en torno al conductor. La dirección de este campo se rige por la regla de la Mano Derecha.
El pulgar indica la dirección en la que fluye la corriente y la dirección del resto de los dedos de la mano, que abrazan el conductor, indican la dirección del campo magnético. Si la corriente invierte su sentido, también lo hace el campo magnético.
EL ELECTROIMÁN
Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica. Cuando cesa la corriente, desaparece el campo magnético.
Al generarse el campo magnético, las esferas de acero se transforman en imanes con polos Norte y Sur, lo que permite que se atraigan unas con otras y formen los racimos que ves en frente tuyo.
CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
Al mover el imán dentro de la bobina se produce un campo magnético variable que genera electricidad.
La dirección de la Fuerza Electro-Motriz (FEM) inducida depende de la dirección del movimiento del conductor con respecto al campo. La magnitud de la FEM es directamente proporcional a la rapidez con la que el imán se mueve respecto a la bobina.
Este principio permite construir generadores que transforman la energía mecánica en energía eléctrica en forma más eficiente.
CORRIENTE CONTÍNUA Y CORRIENTE ALTERNA
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Aquí veremos dos tipos diferentes de corrientes:
Corriente Continua: el flujo de cargas eléctricas no cambia de sentido con el tiempo y proviene de pilas, baterías o celdas solares.
Corriente Alterna: es la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La corriente alterna es la que se utiliza en casas y en las industrias.
La corriente alterna superó las limitaciones que mostraba la corriente continua al momento de la transmisión de potencia, ya que la hacía más eficiente al ser transportada como Corriente Alterna de Alta Tensión, usando transformadores.
EL TELÉGRAFO
Al pulsar y soltar el manipulador fluye una corriente eléctrica intermitente en el circuito. El electroimán en la estación receptora atrae y suelta el punzón que marca en la cinta de papel una secuencia de puntos y rayas que representan el mensaje.
La corriente eléctrica viaja a aproximadamente 300.000 km/s por los cables, esto hace que el proceso de transmisión sea prácticamente instantáneo.
EL TELÉFONO
Un micrófono intercalado en un circuito eléctrico transforma la voz en una corriente eléctrica alterna, que viaja por cables hasta el auricular. Allí un electroimán transforma la señal eléctrica en un campo magnético variable, que atrae una membrana de fierro, la cual al vibrar reproduce la voz original.
La batería proporciona la energía para que el teléfono funcione.
LA AMPOLLETA
En la primera ampolleta (incandescente) del módulo, la corriente pasa por el filamento, calentándolo a 2.800 ºCy emitiendo calor y luz. Debido a que en la ampolleta no hay oxígeno, el filamento no se quema.
La segunda ampolleta (de bajo consumo) utiliza un gas que emite luz cuando pasa una corriente por él.
La tercera utiliza diodos luminosos (LED). Un diodo luminoso es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, emitiendo luz de diferentes colores, según el material del que estén hechos.
GENERADOR ELÉCTRICO
Un generador eléctrico es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos (llamados polos) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos distribuidos sobre una armadura o estator.
En este módulo, los imanes fijos a la rueda son capaces de producir un campo magnético variable que genera corriente eléctrica en la bobina y enciende los diodos.
CORRIENTE ALTERNA
En el caso de la Corriente Continua, la elevación de tensión se logra conectando dínamos en serie, lo que no es muy práctico si se piensa, por ejemplo, en grandes ciudades como Concepción. A diferencia de ésta, la Corriente Alterna utiliza un trasformador, que permite elevar la tensión de una manera mucho más eficiente.
En el módulo, las 14 bobinas que generan energía eléctrica, están conectadas de modo que la energía producida al pasar los imanes frente a ellas, se va sumando y en conjunto generan 12 Volts aproximadamente, que sirven para iluminar la ciudad y hacer funcionar el ventilador.
SUPER GENERADOR
El generador evolucionado de este módulo tiene imanes y bobinas que le permiten girar a más de 400 vueltas por minuto. Esto genera suficiente energía eléctrica como para suplir el consumo de las luces que se prenden.
En una ciudad, en donde la cantidad de luces es mucho mayor, se utilizan centrales eléctricas que permiten generar muchísima energía como para iluminar casas, caminos, escuelas, etc.
MOTOR DE INDUCCIÓN
Los motores están compuestos por dos piezas claves: el rotor, el componente que gira; y el estator, la pieza que está fija.
Cuando por las bobinas, que se ubican en el estator, circula corriente alterna trifásica equilibrada, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor y hace que el motor funcione y logre generar energía mecánica.
Esta maqueta utiliza corriente alterna trifásica, que es la que se utiliza en la industria para mover todo tipo de máquinas como bombas de agua, compresores, lavadoras de ropa industriales, extractores, biotrenes, etc.
ENERGÍA ELÉCTRICA INALÁMBRICA
Al fluir la corriente alterna de alta frecuencia (cientos de miles de veces por segundo) por un cable de Transmisión (T), parte de la energía eléctrica que circula se irradia el espacio en forma de onda electromagnética, que puede ser captada por un receptor (R), utilizando una antena adecuada.
Esta forma de la Energía Eléctrica permite las comunicaciones por radio y televisión, incluso desde lugares remotos del sistema solar, cubriendo distancias de miles de millones de kilómetros.