Experimento con molino electrostático impulsado con alta tensión

Este peculiar molino es accionado mediante la aplicación de una diferencia de potencial de alta tensión cuyo movimiento se explica mediante el fenómeno del efecto punta e ionización del aire.

Como ya se mencionaba con anterioridad el efecto punta consiste en que cuando a un conductor acabado en forma de punta se le somete a una alta diferencia de potencial (alta tensión en nuestro caso), la densidad de carga es más alta en estas zonas por lo que el campo eléctrico en las puntas es muy intenso.

Fenómeno de ionización del aire.

Si este campo eléctrico es lo suficientemente intenso, el aire que hay alrededor de las puntas se ionizará.

Supongamos que tenemos un conductor acabado en punta cargado positivamente, es decir posee un defecto de electrones, si se eleva el campo eléctrico de la punta hasta llegar a un nivel en el que es capaz de arrancar los electrones (como el conductor tiene falta de electrones tratará de obtenerlos de su alrededor) de los átomos que forman los diferentes gases de la atmósfera y atraerlos hacia el propio conductor, estos átomos se convertirán en iones positivos, es decir, se ionizará el aire.

Ahora como los átomos del aire se han convertido en iones positivos y la punta está cargada positivamente, ocurre que, como cargas de igual signo se repelen, aparecerá una fuerza de repulsión entre los iones positivos del aire y la propia punta.

Esta fuerza de repulsión aunque pequeña, es lo suficiente como para producir un par de fuerzas que imprimen un movimiento de rotación sobre el eje de giro del molino.

Experimento para demostrar el Efecto Punta (primera parte)

 

Este efecto se puede explicar de la siguiente manera: ocurre que en un conductor acabado en forma de arista pronunciada (en punta), la densidad de carga eléctrica es mayor en estas zonas, (esto se puede demostrar mediante el uso de un electroscopio observando que la propia densidad de carga no es uniforme en toda la superficie del conductor).

Si tenemos en cuenta la definición de densidad de carga eléctrica superficial “cantidad de carga por unidad de área, siendo esta mayor en los puntos de mayor curvatura”, que traducido viene a decir que en las zonas en las que se produce un aumento del radio de curvatura hasta formar por ejemplo una punta, la densidad de carga se hará más intensa en dicha punta, es decir, las cargas eléctricas tenderán a acumularse en los conductores eléctricos acabados precisamente en punta

Esto en qué se traduce para lo que nos interesa, pues bien, un aumento de la densidad de carga eléctrica (mayor acumulación de cargas) genera a su alrededor un campo eléctrico más elevado en la punta que en cualquier otra parte de nuestro conductor cargado.

Si el campo eléctrico llega a ser muy intenso el aire circundante a la punta se ionizará.

Este fenómeno de ionización hace que el aire sea capar de conducir mejor la electricidad, es decir disminuye la "resistencia eléctrica" del aire, de este modo se puede decir que si en la punta el campo eléctrico es más fuerte, el fenómeno de ionización será mayor en dicha punta, así que, si colocamos cerca de nuestro conductor con punta cargado por ejemplo negativamente (exceso de electrones) otro conductor (esfera) cargado positivamente (defecto de electrones) entre ellos aparecerá una diferencia de potencial y como todo cuerpo tiene a un estado eléctricamente neutro, el conductor que posee más electrones tenderá a cederlos al que menos tiene, de este modo cuando se acerquen esos conductores cargados comenzará a producirse una circulación de electrones entre ellos (corriente eléctrica) y claro esta, por dónde tenderán a circular, por el lugar que ofrezca una menor resistencia eléctrica, y ese lugar será en la punta ya que es donde se produce una mayor ionización del aire.

Este fenómeno se puede demostrar con el siguiente vídeo, en él se observa que la esfera aún desplazándose “paralela” por las inmediaciones del conductor cargado, únicamente la descarga se produce cuando se acerca a la punta a pesar de que está se encuentra a mayor distancia de la esfera, esto es debido a que como explicaba antes en la punta el efecto de ionización es más fuerte por lo que aún existiendo una misma diferencia de potencial a lo largo de todo el conductor es solo en la punta donde la resistencia del aire disminuye lo suficiente como para que el arco eléctrico pueda atravesarlo y cerrarse el circuito.

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Vista completa del montaje