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Máquina electrostática de Wimshurst

En esta experiencia se utiliza una máquina electrostática para generar un campo electrostático potente cuyos efectos son fácilmente observables.
Además de generar descargas eléctricas a través del aire, se conecta a dos conductores planos paralelos para generar el campo uniforme de un condensador de placas planas.
También se podrá observar un viento eléctrico y la repunsión electrostática en uno de los polos eléctricos.



Enlace al guión de laboratorio.




Material

- Máquina de Wimshurst.
- Tiras de papel de aluminio.
- Clavo de hierro o cobre de 3 cm y vela.
- Bolita conductora (corcho o poliuretano con pintura metalizada) colgada de un hilo.
- Dos placas metálicas de más de 3 cm de lado.
- Dos cables y cuatro pinzas de cocodrilo.
- Dos soportes y dos nueces.
- Vela de cera y mechero.
- Papel de aluminio y tijeras.

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La máquina de Winshurst se encuentra en la mayoría de los catálogos de las empresas de equipos didácticos.
Viene acompañada de accesorios variados que amplían su utilización, como el péndulo electrostático o el molinete.
Como placas metálicas paralelas van muy bien dos electróforos, que suelen tener un mango aislante que facilita mucho su sujección en el montaje, conectandose las placas metálicas a los polos electrostáticos mediante cables y pinzas de cocodrilo.



Comentarios a la preparación del montaje

Los dos discos deben girar en sentidos opuestos. Para ello, una de las dos correas de transmisión debe formar un 8 que invierta el sentido de giro de un disco.
Hay que comprobar la posición correcta de las escobillas. Las escobillas de excitación deben rozar el disco y las colectoras deben quedar cerca pero sin tocar.
Antes de cualquier manipulación hay que descargar tanto los discos como las botellas de Leiden cerrando los contactos. Las descargas no son peligrosas pero si son molestas.
La intensidad de las descargas a través del aire aumentará al aumentar la separación entre los polos, pero si la separación es demasiado grande no habrá descarga.
Es difícil mover la bolita en el campo de los dos polos sin tocarlos, puede ser útil colgarla de un soporte entre los dos polos.


Aspectos didácticos


Este trabajo pretende:

- Obtener una gran carga electrostática mediante rozamiento.
- Observar el comportamiento de una carga eléctrica (en la bolita) en un campo electrostático bipolar.
- Reconocer las fuerzas electrostáticas sobre una carga en un campo.
- Ver los efectos de un campo electrostático uniforme entre dos placas paralelas.

Al generar descargas eléctricas a través del aire entre los dos polos a distancias cada vez mayores, se puede relacionar la longitud y potencia de la descarga con la descarga de rayos en la atmósfera.
Al hacer las descargas en el aire es interesante interponer un papel entre los polos para ver la facilidad con que la descarga lo atraviesa, haciendo ver que los electrones son mucho más pequeños que los huecos que tiene el papel.
Si se interpone un pedazo de papel de aluminio se muestra cómo el hecho de ser conductor hace que su comportamiento sea muy diferente al del papel, que es aislante.
Al separar los polos para que no haya descarga y al conectarlos después a dos placas conductoras paralelas, hay que enfocar este experimento a asociar un sistema físico a dos ejercicios clásicos en electrostática: la carga aislada en un campo bipolar y el campo uniforme entre dos placas paralelas.
Hay que mover la bolita cargada por los alrededores de los dos polos electrostáticos para observar las inclinaciones que adopta en los diferentes puntos, que nos indican la dirección de las fuerzas y de la intensidad de campo E en cada punto.
La generación del viento eléctrico permite recordar que la electricidad se escapa por las puntas y justificar la terminación en bola de las barras de los polos de la máquina electrostática.


Campo de un imán recto
Partes de la máquina electrostática
Campo simétrico en uno de los polos
Correa de transmisión para giro invertido
Campo de dos imanes en repulsión
Botellas de leiden y barras conectoras
Campo de dos imanes en atracción
Botellas de leiden y barras conectoras
Brújulas en el campo magnético terrestre
Máquina preparada para descarga
Brújulas en el campo magnético de un imán recto
Máquina descargando


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