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Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil

LABORATORIO N° 01 GOTERO ELECTROSTÁTICO DE KELVIN GRUPO I Maria Alejandra Carmona Arias e-mail: [email protected] Gabriela Gómez Martínez e-mail: [email protected] Luis Felipe Restrepo Romero e-mail: [email protected]

GRUPO II Mauricio Porras Gutiérrez e-mail: [email protected] Daniel Román Gutiérrez e-mail: [email protected] Valentina Saldarriaga Duque e-mail: [email protected]

RESUMEN: En esta práctica de laboratorio del curso de Electromagnetismo, se desarrolló un Gotero Electrostático de Kelvin con tubos de PVC (policloruro de vinilo). El objetivo principal de esta práctica es evidenciar el fenómeno de inducción electrostática. En este caso, las cargas electrostáticas del agua se redistribuyen dentro de los tubos de PVC (policloruro de vinilo). El gotero fue creado con una base hecha por tubos PVC (policloruro de vinilo) y un recipiente con dos conductos por donde atraviesa el agua, creados en tubos de PVC (policloruro de vinilo). Esta práctica de laboratorio cuenta con un informe detallado de cómo fue elaborado este proyecto y una breve descripción sobre la energía electrostática. PALABRAS CLAVE: Carga eléctrica, energía electrostática, gotero electrostático de Kelvin. ABSTRACT: In this laboratory practice of the Electromagnetism course, a Kelvin Electrostatic Dripper was developed with PVC (polyvinyl chloride) pipes. The main objective of this practice is to demonstrate the phenomenon of electrostatic induction. In this case, the electrostatic charges of the water are redistributed inside the PVC (polyvinyl chloride) pipes. The dropper was created with a base made of PVC (polyvinyl chloride) tubes and a container with two ducts through which the water passes through, created in PVC (polyvinyl chloride) pipes. This laboratory practice has a detailed report on how this project was developed and a brief description of electrostatic energy.

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KEY WORDS: Electric charge, energy, Kelvin electrostatic dropper.

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electrostatic

INTRODUCCIÓN

La Electroestática es una rama de la física que estudia las cargas eléctricas y los campos que estas producen. La energía electrostática de una distribución de carga eléctrica se define como el trabajo que existe en un medio para redistribuir los electrones y poder trasladarlos a otro medio. El Gotero Electrostático de Kelvin genera una distribución de cargas eléctricas en gotas de agua, las cuales se separan por los ductos del sistema en positivas y negativas. Luego, una chispa aparecerá entre las dos secciones de cobre, cuando estas estén lo suficientemente cargadas. En el desarrollo del presente informe, se cuenta con un marco referencial donde se explican de manera breve diferentes conceptos, los cuales fueron tratados durante la realización del proyecto. Además, se muestra el procedimiento y los recursos con los cuales se procesó el proyecto. Luego, se reseñan dos artículos científicos los cuales ayudan a comprender más el laboratorio elaborado. Finalmente, se entregan conclusiones establecidas en los resultados del laboratorio.

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MARCO REFERENCIAL

A continuación se definirán algunos términos esenciales para ampliar el conocimiento y la explicación del tema. Los términos a definir son:

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carga eléctrica, electrostática, generador de goteo electrostático. Carga Eléctrica: “Es una propiedad física de algunas partículas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas”[CITATION Ecu14 \l 9226 ]. Electrostática: “Es la ciencia que estudia las cargas en reposo. Existen dos tipos de cargas en la naturaleza, si un objeto tiene exceso de electrones, se dice que está cargado negativamente; si tiene deficiencia de electrones, está cargado positivamente”[CITATION Tip11 \p 475 \l 9226 ]. Generador de Goteo de Kelvin: “Se encarga de transformar directamente el potencial gravitatorio en una diferencia de potencial eléctrico; separa las cargas eléctricas positivas y negativas existentes en el agua”[CITATION Fra13 \l 9226 ].

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Imagen 2: Construcción de la Estructura Fuente: Autores

El segundo paso, fue instalar el tubo grueso o recipiente del agua desmineralizada en la parte superior, con el sistema de goteo y uniendo éstos dos con silicona para prevenir el escape del agua. Lo anterior se puede ver en la Imagen 3.

MONTAJE

Para poder llevar a cabo la construcción del Gotero Electrostático de Kelvin primero se planeó y se pensó qué materiales se utilizarían y cómo se utilizarían, como se puede observar en la Imagen 1.

Imagen 3: Instalación de Recipiente y Goteros Fuente: Autores Imagen 1: Selección de Materiales Fuente: Autores

Así el primer paso fue armar la base y/o estructura que sostiene todo, ésta dejándola nivelada para asegurar que el agua fluya de manera correcta, como se muestra en la Imagen 2.

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El tercer paso fue colocar los alambres de cobre de manera cruzada y a una separación de dos centímetros de modo que sea el lugar donde se pueda generar alguna chispa, como se puede observar en la Imagen 4.

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El primer artículo se llama “Respuestas al Tiempo de Acumulación de Voltaje del Generador de Gotas de Agua de Kelvin: Variaciones Debidas a Diferentes Configuraciones Geométricas”, en el cual fue plasmada la realización de un gotero de kelvin y su comportamiento cuándo se hacían variaciones en los goteros, o en las configuraciones geométricas. También presentaron los resultados que obtuvieron y se explicaron los mismos[CITATION Hua18 \l 9226 ].

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Imagen 4: Instalación de Alambres de Cobre Fuente: Autores

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RECURSOS FÍSICOS

Para desarrollar este laboratorio se utilizaron los siguientes materiales: dos metros de tubo PVC (policloruro de vinilo) de media pulgada, trece T para tubo PVC (policloruro de vinilo) de media pulgada, diez codos para tubo PVC (policloruro de vinilo) de media pulgada, dos tapones para tubo PVC (policloruro de vinilo) de desagüe, veinte centímetros de tubo PVC (policloruro de vinilo) de desagüe de cuatro pulgadas, limpiador y soldadura de PVC (policloruro de vinilo), media libra de alambre de cobre, mil cien centímetros cúbicos de agua desmineralizada, una barra de silicona, una vela, una segueta, una escuadra, dos goteros.

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RECURSOS HUMANOS

Para la elaboración de este laboratorio, se contó con la colaboración de: Maria Alejandra Carmona Arias, Gabriela Gómez Martínez, Mauricio Porras Gutiérrez, Luis Felipe Restrepo Romero, Daniel Román Gutiérrez, Valentina Saldarriaga Duque.

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ARTÍCULOS

Para la construcción del presente informe, fue necesario consultar información de los siguientes artículos científicos.

ARTÍCULO DOS

El segundo artículo llamado “Proyecto Generador de Kelvin” muestra la fabricación de un gotero electrostático de kelvin sencillo, el procedimiento para su realización y su funcionamiento. También, explica las razones por las cuales se presenta el fenómeno electrostático en el sistema[CITATION Alv05 \l 9226 ].

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RELACION ARTÍCULOS

A continuación se presenta un párrafo para cada artículo en el cual se busca la relación con el laboratorio de electroestática.

9.1

RELACIÓN ARTÍCULO UNO

Este artículo se relaciona con el laboratorio ya que fue realizado el mismo experimento, además de que con el análisis que le realizaron a los resultados ayuda a comprender mejor el funcionamiento del gotero.

7.3

RELACIÓN ARTÍCULO DOS

La relación es que el proyecto es el mismo que se realizó en esta práctica de laboratorio; fue muy útil ya que sirvió como guía para la realización de este experimento y la comprensión del mismo.

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CONCLUSIONES

Después de haber concretado el proyecto del Gotero Electrostático de Kelvin, tras extensos espacios de diseño y estudio de exigencias necesarias para su funcionamiento, se puede concluir que: 

8.1

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ARTÍCULO UNO

La construcción del gotero de Kelvin es un proceso que requiere de condiciones específicas para su funcionamiento, ya que el más mínimo error o detalle no

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contemplando puede influenciar en gran manera los resultados a obtener.

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

El flujo del agua debe ser constante, en forma de chorro para que presente uniformidad y cada gotero este bajo las mismas condiciones del sistema de producción de energía estática.



El funcionamiento de este generador se ve evidenciado a la hora de producir una chispa en el cruce de los cables de cobre.

REFERENCIAS

Alvear , A., & Estrada, C. (2014). Proyecto Generador de Kelvin. Recuperado el 12 de Febrero de 2018, de Issue: https://goo.gl/hcWrZC EcuRed. (2014). Potencia Eléctrica. Recuperado el 12 de Febrero de 2018, de EcuRed: https://goo.gl/q4NCjJ Franco Garcia, A. (Enero de 2013). El generador electrostático de Kelvin. Obtenido de Campo Eléctrico: https://goo.gl/Pqb7G2 Huang, H.-F. (Diciembre de 2014). Respuestas al Tiempo de Acumulación de Voltaje del Generador de Gotas de Agua de Kelvin: Variaciones Debidas a Diferentes Configuraciones Geométricas. Recuperado el 12 de Febrero de 2018, de Science Direct: https://goo.gl/cZHBvy Tippens, P. E. (2011). Física, Conceptos y Aplicaciones. McGraw-Hill/Interamericana Editores S.A.: Peru. 475 pag.

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