Foco de Edison Vs Lámpara de arco voltaico.
Camilo Villamil amaranto, Estudiante de la Facultad de Ingeniería Mecánica, División de Ingenierías, Universidad Santo Tomás USTA Colombia. Carrera 9 No 51-11, Bogotá, Colombia.
Melissa López Velásquez, Estudiante de la Facultad de Ingeniería Mecánica, División de Ingenierías, Universidad Santo Tomás USTA Colombia. Carrera 9 No 51-11, Bogotá, Colombia.
Andrés Camilo López, Estudiante de la Facultad de Ingeniería Civil, División de Ingenierías, Universidad Santo Tomás USTA Colombia. Carrera 9 No 51-11, Bogotá, Colombia.
Cristhian Camilo Diaz, Estudiante de la Facultad de Ingeniería Civil, División de Ingenierías, Universidad Santo Tomás USTA Colombia. Carrera 9 No 51-11, Bogotá, Colombia.
Resumen
Para realizar estos proyectos propuestos, comenzamos con una idea fundamental que cambio la electricidad en nuestras vidas diarias, la cual fue el foco de Edison como fuente de luz; al realizar que esta idea era básica, y muy refutada debido a Tesla y sus patentes(proyectos), decidimos realizar una comparación de funcionamiento.
Al continuar con el proyecto, optamos por modificar la idea de Tesla por la lámpara de arco voltaico, ya que era muy viable su construcción sin la necesidad de un gas noble, y que así mismo generara electricidad en gran cantidad y de una forma tan atrayente.
Palabras clave: física eléctrica, foco de Edison, lámpara de arco voltaico, fuente de luz
Abstract
To make these proposed projects, start with a basic idea that change electricity in our daily lives, which was the focus of Edison as light source; to realize that this idea was basic and very refuted because Tesla and his patents (projects), we decided to make a comparison of performance.
To continue the project, we chose to modify the idea of Tesla arc lamp, since its construction was very feasible without the need of a noble gas, and likewise generate electricity in large quantities and in a manner so attractive.
Keywords: physical power, Edison bulb, arc lamp light source.
Introducción
En el presente trabajo se muestra y se demuestras como Thomas A. Edison realizo su foco y como Humphrey Davy con su lámpara de arco voltaico influyeron notablemente en la historia de la luz. Aquí se muestra y se explica paso a paso la realización de dichos experimentos, demostrando que es posible realizar una fuente de luz basada y fabricada con materiales comunes y corrientes que muy seguramente podrán ser encontrados en casa. El foco de Edison fue escogido como proyecto de laboratorio de física eléctrica ya que es muy interesante el darse cuenta que no necesariamente se necesita de un material conductor para generar luz, y la lámpara fue construida probando principalmente el como un tipo de lámpara pequeña, por medio de arco, puede generar gran capacidad de luz.
Objetivos
Demostrar que se puede realizar un foco de luz a partir de materiales de fácil adquisición.
Entender que es lo que sucede con el grafito y por qué este emite luz.
Conocer y entender el fenómeno físico que rige el funcionamiento del foco.
Comparar los dos experimentos según su viabilidad y funcionamiento.
Marco teórico
Hace unos 500.00 años a.C., el hombre prehistórico descubrió el fuego y esto solo fue el comienzo para que se desarrollen una serie de indumentarias para dar forma a la iluminación como fueron: el candil, lámparas de aceite, linternas y lámparas de gas.
Finalmente para el siglo XIX se realizaron trabajos de experimentación de la electricidad dando origen a la luz blanca incandescente en la lámpara de gas. Thomas Alba Édison fue el creador de la lámpara de filamento de carbón la misma que fue remplazados por tungsteno para 1906 y a medida que la tecnología fue avanzando la bombilla electrónica se perfeccionó dando origen para 1930 al foco fluorescente compacto, que hoy en día lo encontramos en nuestros hogares como una alternativas ecológica para disminuir la emisión de carbón. Entre las alternativas más difundidas que encontramos en la actualidad se encuentran:
Los focos Incandescentes.- son aquellos que comienzan a calentarse a través de un filamento de tungsteno por donde recorre la electricidad, hasta llegar a una resplandecencia que produce la luz.
Figura 1
Tomada de: http://mioplanet.org/incandescentes-vs-fluorescentes-vs-led-%C2%BFcu%C3%A1l-es-la-eco-tecnolog%C3%ADa-en-iluminaci%C3%B3n
Los focos Fluorescentes.- están compuestos de entre 4 a 5 miligramos de mercurio que les ayuda a producir la luz ultravioleta cuando pasa la electricidad haciendo posible la luz visible. [1]
Figura 2
Tomada de: http://mioplanet.org/incandescentes-vs-fluorescentes-vs-led-%C2%BFcu%C3%A1l-es-la-eco-tecnolog%C3%ADa-en-iluminaci%C3%B3n
Las bombillas o focos, tienen una estructura muy simple. En la base, tienen dos contactos metálicos los cuales se conectan a los terminales de un circuito eléctrico. Los contactos metálicos están conectados a dos cables rígidos que a su vez están unidos un fino filamento de metal. Este filamento se localiza en el medio de la bombilla, sostenido por una montura de vidrio. Los cables y el filamento están dentro de una cápsula de cristal que está rellena con gas inerte, como puede ser el argón.
Cuando la bombilla es enchufada a una fuente de energía, una corriente eléctrica fluye de un contacto a otro, a través de los cables y el filamento. Una corriente eléctrica en un conductor sólido es el movimiento de electrones libres – electrones que no están fuertemente atados a un átomo – de un área cargado negativamente a un área cargado positivamente.
El foco eléctrico fue inventado por el estadounidense Thomas Alva Edison el 21 de octubre de 1879. Durante dos años trabajo en su laboratorio buscando un alambre o filamento a través del cual fluyera la electricidad, para insertarlo en un tubo de vidrio que no tuviera aire. Finalmente, con el tubo y un filamento de carbón que provenía de un hilo de algodón, fabrico un bulbo de luz. Este bulbo, foco o lámpara estuvo encendido durante dos días en Menlo Park (New Jersey).
Una lámpara de arco es un tipo de lámpara que emite luz producida por un arco eléctrico (también llamado arco voltaico). La lámpara está formada por dos electrodos, normalmente de Wolframio, que están separados por un gas. El tipo de lámpara se nombra según el gas que contiene el bulbo que puede ser; neón, argón, xenón, kriptón, sodio, haluro metálico y mercurio.
Existen varios tipos de focos, dependiendo de su geometría:
los asimétricos. Se usan en alumbrados intensivos
los simétricos. Se usan en alumbrados extensivos. Los alumbrados extensivos son unos de los principales causantes de la contaminación lumínica. Es habitual que estén situados en torres.
Las lámparas eléctricas principales son:
Las lámparas de incandescencia
Lámpara halógena
Lámparas de arco eléctrico
Lámpara fluorescente
Hace más de 100 años, un físico llamado James Prescott Joule, descubrió que cuando una corriente eléctrica circulaba por un conductor, se generaba calor en éste. El efecto es mayor con el aumento de la resistencia del conductor y también con el aumento de la corriente eléctrica que circula por él.
Todo esto se debe a que la corriente eléctrica está formada justamente por electrones en movimiento, y por tener masa y una velocidad, poseen energía cinética. Cuando un electrón choca contra los átomos del conductor, se produce una pérdida de su energía cinética, la cual termina por convertirse en calor (recuerda que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma).
La mina del lápiz está construida en grafito, que si bien conduce la electricidad, tiene una resistencia eléctrica elevada. Ello da como resultado un aumento de su temperatura al hacerle circular una corriente eléctrica (por el efecto Joule). Como la mina es muy delgada, el calor que se genera es suficiente para elevar su temperatura a niveles que le permiten emitir luz visible.
Conductividad electrica
La conductividad electrica es la medida de capacidad de un material para dejar pasar o circular libremente corriente electrica. La conductividad electrica depende de la estructura atomica y molecular de determinado material. por ejemplo los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones unidos lo que permite el flujo de carga a traves de si. La conductividad depende tambien de factores fisicos ocmo la temperatura.
La conductividad es la inversal de la resistividad por lo cual
σ=1/ρ (1)
Resistividad electrica
La resistividad electrica es la resistencia electrica especifica de cada material para oponerce al flujo de una corriente electrica. se designa por la letra (ρ) y se miden en (Ω•m) ohminos por metro.
R=ρ S/L (2)
En donde R es la resistencia en ohmnios, S es la seccion transversal en m2
y L su longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente electrica por lo que da una idea de lo bueno o mal conductorque es.
Resistivida en fluidos
Si en una solucion se colocan dos electrodos de Area A separados por una distancia d, y se aplica un campo electrico E, la diferencia de potencial sera proporciolan a d y al campo electrico E
V=dE (3)
Donde:
V es la diferencia de potencial enre los electrodos en volts
E es el campo electrico
D es la distancia de separacion entre la placas
Figura 3
Tomado de: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/NMX-AA-093-SCFI-2000.pdf
La conductancia especifica o conductividad σ es inversamente proporcional a la resistencia electrica y esta definida por la relacion
σ=J/E (4)
Donde:
J es la densidad de corriente
E es la carga electrica
La densidad de corriente se define por
J= I/A (5)
Donde:
I es la intensidad de corriente
A es el area
Combinando las ecuaciones 5 4 y 3 se obtiene que la diferencia de potencial V es
V= Id/A (6)
al valor d/A*σ se le conoce como la resistencia que presenta la solucion al paso de corriente y se denota por la letra R
R= d/Aσ (7)
Por lo que la ecuacion (6) se transforma en la ley de ohm
V=IR/σ (8)
Procedimiento experimental foco de Edison.
Figura 4
Tomada de: http://www.inventionary.com.ar/2011/02/11/inventos-de-thomas-alva-edison/thomasedisonbombillaelectrica/
8 pilas de 1,5 voltios
2 cables
2 pinzas cocodrilo
Minas de grafito
2 clips
1 frasco de vidrio
1 plato
1 tubo de cartón
Cinta aislante
Para realizar el foco de Edison (lámpara casera), lo primero que se debe hacer, es unir con la cinta aislante en serie las 8 pilas de 1,5 voltios para así generar un voltaje de 12 voltios, quedándonos de esta manera un polo positivo y el otro negativo.
Luego de esto se deben cortar dos cables donde un extremo ira sujeta la pinza cocodrilo y en el otro extremo estará libre. El extremo que tiene la pinza cocodrilo se debe pegar al tubo de cartón el cual será utilizado como soporte y en cada pinza ira sujeto el clip y sobre estos sujetadores colocaremos con mucho cuidado, una mina de lápiz (las que utilizan los portaminas)
Todo esto lo ubicamos sobre el plato y lo tapamos con el frasco.
Y por último, para terminar con nuestra lámpara casera, debemos conectar los extremos de los cables a las baterías. Como verás, la mina se pondrás incandescente y emitirá luz debido a su altísima temperatura.
Tabla de costos
Tabla 1. costos foco edison
Procedimiento experimental lámpara de arco voltaico
Figura 5
Tomada de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/lsoriano/ArcoElectrico.jpg
Materiales
1 metro de tubo de pvc de 1/2"
4 T para tubo pve de 1/2"
2 tapones para tubo pvc de 1/2"
4 codos para tubo pvc de 1/2"
Cable
Tornillo autoroscantes/arandelas/lamina de metal
calentador electrico de agua
Para realizar la lampara de arco voltaico de Humphry, por lo menos el modelo basico no es necesario ningun montaje en especifico, se puede dar rienda libre a la imaginacion, en puede ser modificado de varias formas pero la nuestra fue construida da la siguiente manera, tome 1 metro de tubo de pvc de 1/2" y corte 2 secciones del tubo a 15 cm cada una, corte 2 secciones de 15 cm del tubo, corte nuevamente 4 secciones tubo cada una de 5 cm, perfore los tapones de media pulgada con los tornillos autorroscantes y ponga la lamina de metal con la arandela, esto servira para sujetar la punta de tugstenos o la lamina de grafito que se usara en el experimento. (Ver imagen 5)
Imagen 1. Montaje experimental
El circuito del experimento es bastante sencillo, tome una extension y cortela a una distancia de 2 m , solo se utilizara la parte macho de la toma, una de las puntas del otro extremo tendra que ir directo a una de las laminas que sostiene la lamina de grafito, la otra punta tiene que ir al calentador de agua y de alli se desprende una extension de cable adicional que va directo a la otra lamina de metal que sostiene otra punta de lamina de grafito, antes de encufar el circuito introdusca en calentador de agua en un recipiente con agua con una cantidad de 500 ml. (ver imagen 2)
Imagen 2. montage circuito
Tomado de https://www.youtube.com/watch?v=lLJvyVQPO48
Tabla de costos
Tabla 2. costos lampara de humphry
Resultados lampara de humphry
Conclusiones.
A partir de lo mostrado anteriormente podemos concluir que
de acuerdo a el presupuesto dado anteriormente, es viable realizar un foco de
luz con materiales de fácil adquisición, y de fácil montaje.
De acuerdo a la comparación, vemos que la lámpara de Humphrey
irradia mayor cantidad de luz, y es mucho más rápido en cuanto a emisión de la
luz; en cambio, el foco de Edison demoro mucho más tiempo en prender, dado que
necesitaba mayor tiempo en calentar la mina de grafito y dejarla al rojo vivo
para su luz constante, y la cantidad de luz que irradia es diminuta, tanto así
que fue necesario aislar la luz en una caja negra para ver claramente la luz.
Para el pleno funcionamiento del bombillo de Edison, es
necesario tener el recipiente al vacío, y garantizar que las conexiones están bien
realizadas, así el grafito calentara lentamente hasta llegar al rojo vivo para
dar luz; el grafito es una presentación alotrópica del carbono la cual produce
luz al calentarse.
Infografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Foco_(iluminaci%C3%B3n)http://www.acmor.org.mx/cuamweb/reportescongreso/2011/Secund/726foco.pdf
http://www.experimentosdefisica.net/lampara-casera-efecto-joule/
[1] http://mioplanet.org/incandescentes-vs-fluorescentes-vs-led-%C2%BFcu%C3%A1l-es-la-eco-tecnolog%C3%ADa-en-iluminaci%C3%B3n
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/NMX-AA-093-SCFI-2000.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica
