Bienvenido a PRACTICA CIENCIA. Este es un blog dedicado a la divulgación científica. Su principal característica es un enfoque basado en la experimentación como punto de partida y en presentar cada nueva entrada justo cuando las anteriores han fijado de manera sólida los conocimientos previos necesarios. Este blog hace uso sistemático de vídeos de youtube, ya que el autor considera que no hay nada como ver para creer y hoy en día hay excelente material didáctico en la red el cual puede ser legalmente utilizado ya que apuntamos directamente a la fuente y al autor del mismo. Así, este blog está cogiendo el formato de lo que podríamos denominar una "youtupedia": entradas apoyadas por vídeos donde hay multitud de enlaces que nos derivan a otras entradas y en el que además se intenta que haya siempre un hilo conductor. Todo ello amenizado por los propios comentarios del autor que son fruto de su experiencia en el campo, tras años de estudio y autoindagación.

domingo, 31 de marzo de 2013

PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATÓDICOS


Con la ayuda de ciertos utensilios se pueden hacer pequeños experimentos con un tubo de rayos catódicos y obtener las principales propiedades de los rayos catódicos:
  • Los rayos catódicos surgen del cátodo y se propagan en línea recta (si no hay campos eléctricos y/o magnéticos en su trayectoria).
  • Deben de tener masa, ya que son capaces de hacer mover las aspas de un molinete al transmitirle su energía cinética.
  • Deben de tener carga eléctrica ya que son curvados en presencia de un campo magnético.
  • Igualmente si atraviesan una zona con un campo eléctrico son curvados produciéndose una deflexión.
  • Pueden convertir su energía cinética en térmica aumentando la temperatura de los cuerpos con los que impactan.

sábado, 30 de marzo de 2013

RAYOS CATÓDICOS


El tubo de rayos catódicos surge como una mejora del tubo de Crookes, poniendo de manifiesto unos rayos lumínicos que aparecen cuando se aplica un alto voltaje entre sus dos electrodos. Colocando una cruz de Malta en su interior de un material duro que no puede ser atravesado por la luz ni la materia y observando donde se proyecta su sombra, se llega a la conclusión de que los rayos provienen del cátodo. De ahí su nombre.

También se comprueba que estos rayos se ven atraídos por un imán, lo cual no ocurre con los rayos de luz ordinarios. La primera evidencia experimental de este hecho fue presentada en el año 1858 por Julius Plücker tras estudiar el efecto de un electroimán sobre la descarga eléctrica en tubos de vacío (usando lo que hoy se conocen como tubos de Geissler) conteniendo gases enrarecidos. Por lo que deben tener carga eléctrica asociada. Dado que surgen del cátodo, el polo negativo,  es de esperar que su carga sea negativa también. Pero para confirmar su carga negativa lo que se hizo fue colocar unas placas conductoras paralelas entre sí, a medio recorrido dentro del tubo, y observar hacia donde y con qué grado de deflexión se curvaban los rayos si se aplicaba un voltaje dado a éstas.

viernes, 29 de marzo de 2013

TUBO DE CROOKES


El tubo de Crookes no es sino una versión más evolucionada del tubo de Geissler. Con este tubo William Crookes consiguió demostrar en el año 1895 que, la existencia de los rayos luminosos que se avistaban al aplicar un muy alto voltaje entre el ánodo y el cátodo inmersos en él, tenía que estar relacionada con partículas negativas.

Para comprobar eso colocó una lámina de zinc (objeto muy duro; impenetrable) en forma de cruz de Malta, en medio de la trayectoria. Observó que la sombra de ese objeto se proyectaba sin distorsionarse en el fondo ancho del tubo, donde se encontraba el ánodo. Eso implicaba dos cosas:
  • los haces de luz tenían que partir del ánodo, el polo negativo. Por lo tanto se trataría de cargas de signo negativo.
  • los haces de luz se propagaban en línea recta.
El hecho de que las esos rayos se debieran a partículas cargadas se confirmaba porque se veían atraídos por el campo magnético de un imán, curvando su trayectoria, como veremos más adelante.


En el vídeo de en medio vemos como se construye un tubo de Crookes desde sus piezas separadas. Vemos que hay dos elementos claves para su funcionamiento:
  • el uso de una bomba de vacío para extraer casi todo el aire del mismo. Las técnicas para crear el vacío en un recipiente tuvieron su origen en las esferas de Magdeburgo en el siglo XVII y habían evolucionado bastante ya para mediados del siglo XIX.
  • Necesitamos una fuente de alto voltaje que genere la tensión necesaria para que el efecto sea visible. En la medida en que se dispone de mecanismos para generar el vacío el voltaje requerido puede ser un poco inferior. Ya no se precisan por lo tanto millones de voltios como en los tubos de Geissler, sino que unos valores del orden de 10 a 100 KV pueden ser suficiente. En el vídeo de abajo podemos ver el tipo de generador de alto voltaje que se podía estar utilizando en aquella época junto a un modelo un poco diferente de tubo de vacío.

El modelo final del tubo de Crookes solía incluir una rejilla cargada positivamente cerca del cátodo con cuyo voltaje se podía 'modular' la intensidad lumínica de los rayos producidos. Eso lo convierte en el prototipo para los futuros tubos tríodos de vacío que se utilizarían para la transmisión de radio, modulando la señal de audio en la rejilla con la alta frecuencia aplicada entre al ánodo y el cátodo. Pero eso ya se verá a su debido momento...

jueves, 28 de marzo de 2013

TUBOS DE GEISSLER


El camino que llevaría a la postulación y posterior descubrimiento experimental del electrón vino de la mano de unos tubos de vidrio, cuyo primer prototipo se le atribuye al físico alemán Heinrich Geissler y fue creado en el año 1850. La clave para realizar el experimento que pondría de relieve la existencia de unos misteriosos rayos lumínicos que, tras años de perfeccionamiento tecnológico e investigación se relacionarían con el electrón, son dos:
  • de un lado la capacidad de generar condiciones de baja presión en los gases contenidos en el tubo.
  • de otro lado el avance en la tecnología de generación de corriente continua, lo que permite para este dispositivo llegar a diferencias de potencial del orden de millones de voltios entre sus dos electrodos.
Llegado a un cierto umbral de baja presión se produce una débil luminosidad que es la que dio pie a seguir estudiando este fenómeno con tecnología cada vez más avanzada.

A modo de curiosidad estos tubos fueron utilizados para anuncios luminosos. Además, según el tipo de gas y las condiciones de presión y temperatura son capaces de emitir luces de diferentes colores. No tienes más que buscar "tubos de geissler" en youtube para encontrar un montón de ejemplos de llamativos efectos lumínicos que se pueden obtener con estos tubos.

miércoles, 27 de marzo de 2013

ELECTRÓLISIS DE UNA MEZCLA DE AGUA Y SAL


La electrólisis es un proceso por el que la circulación de una corriente eléctrica continua facilita una reacción electroquímica en dos electrodos situados en una disolución acuosa adecuada, de forma que, además de un cierto transporte de electrones, se produce también un desplazamiento de material desde el ánodo (polo positivo) al cátodo (polo negativo) a través de la disolución.

El vídeo que acompaña esta entrada muestra como reproducir un experimento de electrólisis con medios al alcance de cualquiera.

De alguna manera el proceso subyacente a la electrólisis es el contrario al de la pila o batería electroquímica. En la pila, una reacción electroquímica es favorecida y a consecuencia de ello se obtiene una diferencia de potencial entre dos electrodos. En la electrólisis, la corriente proveniente de una pila o fuente equivalente de tensión continua es la que está facilitando la reacción electroquímica con el consiguiente transporte de materia.

La electrólisis es un proceso que fue utilizado históricamente para encontrar experimentalmente la masa atómica de diferentes elementos químicos, todos ellos metálicos. Uno de los pioneros en el uso de esta técnica para la medida experimental de masas atómicas fue Micheal Faraday. Sus experimentos pusieron asimismo de relieve por primera vez de manera clara que la corriente eléctrica tiene que estar vinculada de alguna manera con la materia, ya que la acumulación de una es proporcional a la circulación de la otra.

LA ELECTRÓLISIS DE FARADAY


Los experimentos de electrólisis a los que dedicó parte de su vida Micheal Faraday sirvieron para demostrar una cosa muy importante: la carga eléctrica estaba implícitamente imbuida en la materia. Faraday llegó a esta conclusión en el año 1834 tras realizar un experimento como el que se presenta en el vídeo de arriba.

La electrólisis consiste básicamente en someter a la circulación de una corriente eléctrica un montaje en el que tenemos dos terminales conductores (uno positivo, ánodo; y otro negativo, cátodo) en el seno de una disolución. En el experimento que presenta el vídeo tanto el cátodo como el ánodo son de cobre y la disolución acuosa contiene sulfato de cobre CuSO4.

En los experimentos de electrólisis la energía aportada por la batería eléctrica favorece que en el ánodo se arranquen dos electrones de los átomos de cobre en estado sólido para ser incorporados al flujo eléctrico, a la vez que el ión Cu++ resultante el disuelto en el medio acuoso. A su vez, en el cátodo ocurre la reacción electroquímica contraria, de forma que se combinan los iones de cobre con dos electrones procedentes del polo negativo de la pila y se van acumulando átomos de cobre que solidifican.

La consecuencia es clara. Pasado un tiempo suficiente puede comprobarse que la masa del ánodo ha disminuido y la masa del cátodo ha aumentado como consecuencia de la corriente eléctrica que ha estado circulando. Solamente por esto vemos la vinculación entre la cantidad de carga eléctrica y la materia, aunque no podamos entender todavía el detalle de la misma.

Pesando la masa del cátodo antes y después de la electrólisis (en el vídeo, la rejilla) obtenemos en cuánto ha aumentado. Si hemos utilizado un material del cual conocemos la masa atómica, tendremos el número de moles de material que se han acumulado. Según el tipo de reacción electroquímica que se esté produciendo tendremos el factor que nos dará el número de moles de electrones que han tenido que circular. En este caso este factor es dos, ya que cada dos electrones se combinan con un ion de cobre para solidificar.

Por otro lado se puede calcular la carga total transferida simplemente multiplicando la corriente eléctrica constante que se ha suministrado por el tiempo: Q = I · t. Tanto la corriente como el tiempo son magnitudes que pueden medirse.

El experimento puede repetirse muchas veces para diferentes corrientes aplicadas por intervalos de tiempo también diferentes, con materiales de los que se conozca la masa atómica y siempre se obtiene una misma relación: el cociente entre la carga total transferida y el número de moles de electrones que han circulado es un valor constante igual a 96485. A esta constante se la denominó constante de Faraday.

Una vez conocida el valor de la constante de Faraday, el mismo procedimiento puede ser empleado para obtener la masa atómica de otras sustancias metálicas.


En el momento en el que se halló la constante de Faraday todavía no se conocía la existencia de los electrones ni el modo en el que éstos estaban implicados en la estructura de la materia. No fue sino hasta el año 1909 que se pudo medir la carga del electrón y entonces se pudo establecer la relación entre ésta, el número de Avogadro y la constante de Faraday: F = NA·qe.

lunes, 25 de marzo de 2013

CORRIENTE ELÉCTRICA: CARGAS EN MOVIMIENTO


Durante las últimas semanas hemos visto y analizado las relaciones entre los principales componentes de un circuito de corriente continua y corriente alterna. En este periodo hemos recorrido desde la invención de la pila o batería eléctrica por Alessandro Volta, la cual dio un impulso crucial a la ciencia, sobre todo por lo que concierne a los ámbitos de la electricidad y la química. La pila permitió controlar la generación de corriente eléctrica por primera vez ya no haciendo más falta acumularla en botellas de Leyden o producirla de forma manual con máquinas electrostáticas o aprovechando la descarga de rayos en una tormenta eléctrica.

Cuando se vieron los efectos magnéticos de la corriente continua se abrió un nuevo campo de investigación que condujo al descubrimiento de la ley de inducción electromagnética, lo que acabaría propiciando la aparición de los primeros generadores eléctricos y, con ello, los circuitos de corriente alterna.

El uso aplicado de la corriente continua y alterna compitieron durante décadas, sobretodo de la mano de dos titanes, Thomas Alba Edison y Nikola Tesla, cuya tensa relación ha inspirado un montón de libros y películas. Del ingenio de estos y otros hombres de ciencia y tecnología surgieron numerosos aparatos que fueron tejiendo la base de nuestra sociedad tecnológica y cuyo surgimiento y principio de funcionamiento se presentará en diversas entradas: el motor eléctrico, el telégrafo, la bombilla eléctrica o la radio.

Pero lo más curioso del caso es que todo este avance se produjo durante el siglo XIX sin poder contestar la pregunta más elemental que podría plantearse al respecto: ¿qué es la corriente eléctrica?

Hoy en día casi todo el mundo sabe que la corriente eléctrica, ya sea continua o alterna, se debe al desplazamiento de cargas eléctricas, y que éstas normalmente son los electrones que se encuentran 'libres' en los materiales que denominamos conductores.

Pero lo cierto es que el descubrimiento del electrón no se pudo confirmar experimentalmente hasta el año 1909 y no se pudo entender lo que producía la corriente eléctrica hasta que se pudo explicar la estructura de la materia, cuyos detalles no saldrían a la luz con suficiente claridad hasta que emergiera la revolucionaria teoría de la Mecánica Cuántica.

Ahora iniciamos ese camino que nos llevará a través de los hitos históricos más importantes para obtener la compresión profunda de lo que es realmente la corriente eléctrica y la naturaleza de esas cargas en movimiento.



MEDIDA Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

Para la medida del factor de potencia, como se puede apreciar en el vídeo, se puede utilizar un instrumento denominado fasímetro. Si el factor es de tipo inductivo, la aguja se colocará a la derecha del valor uno. Si es de tipo capacitivo, se colocará a la izquierda.


Cuando el factor de potencia es sensiblemente inferior a uno es muy habitual que se añada al circuito una batería de condensadores o un solenoide variable para compensar el desfase existente entre el voltaje y la corriente. El valor de la capacidad equivalente total C o de la autoinductancia L que se debe utilizar para obtener un factor de potencia uno se suele obtener realizando los cálculos pertinentes.

Cuando el factor de potencia es uno el circuito se encuentra justo en su frecuencia de resonancia.

domingo, 24 de marzo de 2013

FACTOR DE POTENCIA


El factor de potencia es un valor entre 0 y 1 que indica el grado en el que el valor medio de la potencia entregada a la carga de un circuito de corriente alterna se acerca al que tendríamos si esa carga fuese resistiva pura. En otras palabras, el factor de potencia viene dado por la relación entre la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), la cual se corresponde con el coseno del ángulo de desfase 'psi' entre la corriente y el voltaje.

La energía almacenada en bobinas y condensadores debido a los campos eléctricos y magnéticos que se crean, hace que no toda la energía suministrada pueda ser aprovechada para realizar trabajo útil en los componentes resistivos del circuito. No es una cuestión de intensidad sino de desfase, lo que hace que el factor de potencia sea la clave para la optimización de la potencia en un circuito de corriente alterna.

Aunque el factor de potencia es un valor siempre positivo y menor o igual que uno, diremos que éste está en adelanto (de fase) cuando se debe a la preponderancia de la componentes inductivas del circuito, las cuáles lo permitirían modelar con componentes equivalentes como si se tratara de un circuito RL. En cambio, diremos que tenemos un factor de potencia en retraso (de fase) cuando se deba a la preponderancia de las componentes capacitivas, con lo podríamos modelar el circuito como si fuera RC hallando los valores equivalentes de estas componentes.

Es muy usual calcular el factor de potencia a partir de los valores eficaces de voltaje y corriente, con los que P = V · I · cos (psi) y S = V · I, de forma que el factor de potencia FP = P / S = cos (psi).

sábado, 23 de marzo de 2013

POTENCIA ACTIVA REACTIVA Y APARENTE



En un circuito de corriente alterna tanto el voltaje como la tensión dependen del tiempo de forma sinusoidal. Lo que pasa es que para la mayoría de circuitos la onda de la corriente presenta un desfase con respecto a la del voltaje en cualquiera de los elementos que consideremos. Obtener la potencia instantánea como producto del voltaje por la corriente resulta en una operación no inmediata en la que tenemos aplicar la propiedad del producto de senos o cosenos de la suma de dos ángulos. Eso resulta demasiado tedioso y es innecesario...

Otra manera más cómoda de operar en estos casos es utilizando fasores. Dado que sabemos que la frecuencia de corrientes y voltajes no varía en ningún punto o elemento del circuito, el uso de fasores nos permite reducirlos a número complejos con una amplitud y un ángulo de desfase. Así, con la notación fasorial, podemos obtener la potencia como el producto directo del voltaje por la corriente. Pero ahora, tanto el voltaje como la corriente se expresan con números complejos, con lo que el resultado de su producto también será un número complejo y se suele expresar con los siguientes términos: S = P + j·Q, donde

S: potencia aparente
P: potencia activa
Q: potencia reactiva

Cómo se puede ver en la imagen congelada del primer vídeo las potencias activa, reactiva y aparente forman un triángulo en el plano complejo. El ángulo psi que vemos coincide con el ángulo de la impedancia equivalente total del circuito.

Por lo tanto para obtener el módulo de la potencia aparente S habrá que aplicar el teorema de Pitágoras, por lo que se calcula la raíz cuadrada de los cuadrados de P y Q.

La potencia activa P tiene que ver con todos los elementos del circuito en los que se produce un consumo energético, disipándose la energía por efecto Joule. Normalmente se trata de resistencias eléctricas, pero también pueden ser motores o componentes pasivos no lineales como válvulas de vacío, diodos o transistores donde se realiza algo, pero en cuyo detalle no queremos entrar (al menos por el momento).

En cambio la potencia reactiva Q tiene que ver con todos los componentes del circuito donde se puede almacenar energía en la forma que sea. Normalmente se trata de bobinas y condensadores, así cómo transformadores o cualquier otro elemento que se pueda modelar incorporando cualquiera de los anteriores. En las bobinas y transformadores la energía que se almacena es magnética. En los condensadores se almacenas energía debida cuenta el campo eléctrico entre sus placas.

Para decirlo claro la energía que se almacena en los componentes reactivos de un circuito de corriente alterna no se emplea para realizar algo. Y eso hace que baje el rendimiento del mismo al no aprovechar para trabajo útil toda la energía aportada.

Sin embargo, muy a menudo es necesario incorporar bobinas y/o condensadores por la función que realizan. Es por eso que a veces los ingenieros electrónicos idean mecanismos para compensar ese desfase añadiendo algún tipo de componente/s reactivo más que tenga el valor adecuado para anularlo.

Por otro lado, la potencia en cualquier de los componentes reales o equivalentes del circuito puede hallarse a partir del voltaje o la corriente al cuadrado tal cómo se acostumbre a hacer en corriente continua si utilizamos directamente los valores eficaces. Así, si queremos calcular la potencia reactiva en una reactancia bastará con multiplicar por el valor eficaz del voltaje al cuadrado y dividir por la reactancia (o multiplicar la corriente eficaz al cuadrado por la reactancia).

viernes, 22 de marzo de 2013

VALORES EFICACES


El estudio de la potencia eléctrica en un circuito de corriente alterna puede aparentemente resultar bastante más complejo que en un circuito de corriente continua. Esto se debe a que la corriente y el voltaje alternos ahora dependen del tiempo. Por lo tanto, la potencia, que se obtiene como producto de ambos, una función con dependencia temporal deberá ser también. Pero para simplificar un poco más este problema se ha creado el concepto de valor eficaz.

Pero en realidad tampoco nos interesa normalmente conocer exactamente el valor instantáneo de la potencia en un momento dado. Ya que lo habitual es que la frecuencia de las oscilaciones de la corriente alterna sea bastante elevada (una frecuencia como la doméstica de 50 Hz se considera baja y son ya 50 ciclos por segundo), es más útil considerar el valor medio de la potencia a lo largo del tiempo.

Tanto si queremos calcular la potencia a partir del voltaje como de la corriente, combinando la Ley de Ohm con la del cálculo de la potencia, en ambos casos veremos que necesitamos elevar la variable al cuadrado.

Así, el valor eficaz tanto para el voltaje como para la corriente se obtiene calculando el valor medio del voltaje o la corriente al cuadrado en un periodo completo. Para ello se requieren unos conocimientos muy elementales de integración.

El significado del valor eficaz obtenido es el del valor de corriente continua que produciría exactamente el mismo consumo energético. Para formas de onda simétricas ese valor eficaz viene dado como resultado de la integración por un factor que se aplica a la amplitud de la onda. Para formas de onda sinusoidales ese factor resulta ser igual a la raíz cuadrada de 2.

Eso aplicado a nuestra vida ordinaria quiere decir que cuando decimos que el voltaje doméstica que llega a nuestras casas es de 220 voltios, nos estamos refiriendo al valor eficaz, el cuál es que ser utiliza para calcular potencias, y por lo tanto, consumo; es decir, lo que nos vamos a gastar en la factura de la luz. El voltaje de pico que llega a nuestra casa lo obtenemos multiplicando 220 por el factor raíz de 2: 380 V.

lunes, 11 de marzo de 2013

POTENCIA ELÉCTRICA


La potencia es una magnitud que nos da la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo. Si queremos obtener una expresión que nos dé la potencia eléctrica la mejor es partir de la relación entre el trabajo y el potencial eléctrico. El aplicar la variación con respecto al tiempo del trabajo y considerando una diferencia de potencial constante, obtenemos que esa depende de la variación de la carga eléctrica con el tiempo, lo que se corresponde con la corriente eléctrica.

De ahí la expresión conocida y utilizada habitualmente para el cálculo de la potencia eléctrica de P = V · I.

Aunque esta expresión se ha hallado para corriente continua veremos que para corriente alterna se puede trabajar con una expresión análoga si se trabaja con valores eficaces, los cuáles se introducirán más adelante.

Ahora bien, ya va siendo hora de que nos planteemos un par de preguntas que aún no se han afrontado: ¿Qué es la carga eléctrica? ¿qué es la corriente eléctrica?

Igual que sucedió históricamente hemos dejado que se vayan introduciendo algunas de las aplicaciones que surgieron de la corriente contínua y alterna antes de ahonda en lo que es en sí mismo la corriente eléctrica.

domingo, 10 de marzo de 2013

MIT - CIRCUITO RESONANTE RLC


En este vídeo didáctico del Instituto de Tecnología de Massachusetts vemos la manifestación del fenómeno de la resonancia cuando la bombilla eléctrica alcanza su máxima luminosidad en un circuito de corriente alterna. De un lado se tiene una batería de condensadores. Podemos conectar o desconectar cada uno de estos condensadores con sendos interruptores. Por otro lado, tenemos un gran solenoide. Desplazando en su interior un bloque que actúa como núcleo ferro-magnético modificamos el valor del coeficiente de autoinducción (en realidad el montaje equivale a disponer dos bobinas en serie de longitud variable, una sin ý otra con núcleo ferro-magnético).

Por lo tanto, ya sea desplazando la barra de hierro o conectando más o menos condensadores al circuito, podemos modificar tanto el valor de la capacidad equivalente total del condensador C como la autoinductancia equivalente total L, de suerte que estaremos modificando la frecuencia de resonancia.

En el vídeo lo que se ve es cómo se ajusta la barra de hierro a diferentes posiciones para que, dada cada combinación de condensadores, se halle nuevamente la combinación para la que el circuito entra en resonancia.

viernes, 8 de marzo de 2013

VOLTAJES RLC EN RESONANCIA


A partir de las expresiones que se obtuvieron al estudiar la curva de resonancia de un circuito RLC, podemos fácilmente hallar la fórmula de la frecuencia de resonancia. Para esta frecuencia la corriente es máxima. Con el valor de esta corriente máxima podemos utilizar la ley de Ohm para corriente alterna en cada uno de los componentes y obtener el voltaje en la resistencia, la bobina y el condensador.

Lo más apropiado es utilizar fasores y valernos de los números complejos para expresar las correspondientes impedancias y luego sacar de ahí las formas de onda de los voltajes en el tiempo.

Una vez que tenemos estas fórmulas podemos abrir una hoja de Excel y con los mismos valores usados para la curva de resonancia y valores apropiados de tiempo acorde al periodo asociado a tal frecuencia natural, podemos construir una tabla de valores y hacer una representación gráfica que nos dé una idea de cómo son las formas de onda del voltaje en la resistencia, la bobina y el condensador.

¿Y qué es lo que apreciamos?

Pues nos damos cuenta de que en resonancia el voltaje en la bobina es exactamente opuesto al voltaje en el condensador y al darse así toda la energía aportada al circuito (4 voltios de pico) llega a la resistencia.

En otras palabras, vemos que la bobina "se carga" a la misma vez que el condensador se descarga y viceversa. En realidad, la bobina aumenta el campo magnético que almacena por la puesta en circulación de las cargas con las que se había cargado el condensador aumentando el campo eléctrico almacenado. Y cuando la bobina se descarga esas cargas se vuelven a acumular en el condensador. Y todo ello a un ritmo tal que la suma del voltaje en el condesador y la bobina es siempre igual a cero.



lunes, 4 de marzo de 2013

FRECUENCIA DE RESONANCIA


Cuando un sistema es estimulado por una fuerza externa periódica cuya frecuencia coincide con la propia frecuencia natural del sistema pueden suceder cosas extraordinarias. El sistema entra en resonancia y con ello la amplitud de las oscilaciones son máximas.

En cambio, cuando un sistema se agita con una fuerza externa periódica con una frecuencia lejana a la de resonancia, por más energía que le pongamos, la amplitud de las oscilaciones será muy pequeña e incluso cabe la posibilidad de que se entre en régimen caótico, como se verá más adelante.

domingo, 3 de marzo de 2013

¿QUÉ ES UNA RESONANCIA?


Una resonancia es un fenómeno que se puede poner de manifiesto en diversos sistemas físicos como un circuito eléctrico de corriente alterna o un péndulo simple amortiguado forzado, siempre y cuando el sistema pueda ser descrito por unos elementos disipadores de energía y otros capaces de almacenarla y pasársela mutuamente entre sí, de forma que al hacerlo de forma armónica y sincronizada surge una especie de beneficio común.

En el caso de un circuito eléctrico RLC son la bobina y el condensador los elementos capaces de almacenar energía y transferírsela mutuamente. En la resistencia se disipa la energía. También puede ser que en lugar de una resistencia tengamos un motor y se disipe la energía realizando un trabajo. El circuito entrará en resonancia si la frecuencia de la señal de entrada coincide con la frecuencia natural del sistema, la cuál es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de LC.

En el caso del péndulo simple, la frecuencia natural de las oscilaciones depende de la longitud del péndulo y de la constante de la gravedad. La disipación de la energía se debe a la fricción con el aire. Si ideamos un mecanismo, con el utilizado por el profesor con un abanico, para poner el péndulo en movimiento a partir de un impulso periódico externo, tendremos un péndulo forzado.

Lo que el profesor nos muestra es cómo el péndulo forzado oscila con más facilidad cuando el abanico desplaza el aire a un ritmo que coincide con la frecuencia natural del péndulo. Y así, con mucha menos energía que la aportada si agitáramos el abanico mucho más rápido, conseguimos un efecto mucho mayor.

CIRCUITO RESONANTE RLC


La forma práctica de poner de relieve la curva de resonancia de un circuito serie RLC es variando la frecuencia de la señal de entrada y midiendo la amplitud en la resistencia del voltaje de salida.

Normalmente este experimento se puede realizar si se dispone de un par de equipos electrónicos modernos:
  • Un generador de frecuencias: es el aparato que vemos arriba y que nos permite variar la frecuencia de la señal de entrada en un rango de valores bastante amplio (se puede cambiar de escala pulsando cada unos de los botones cuadrados que se aprecian).
  • Un osciloscopio: es el aparato de abajo, con el que se puede literalmente visualizar la forma, la amplitud y la frecuencia de una señal eléctrica.
Con los conocimientos previos adquiridos este vídeo nos ayuda a obtener una idea más intuitiva del fenómeno de la resonancia en un circuito eléctrico y cómo al centrar las oscilaciones eléctricas en su frecuencia de resonancia obtenemos más por menos, por decirlo de alguna manera.