Construcción de una campana de vacío casera paso a paso

La construcción de una pequeña campana de vacío para realizar experimentos es relativamente fácil, ya que los componentes que se necesitan son pocos y de "andar por casa".

Aunque la campana que se construye es pequeña, en realidad puede ser tan grande como el bote de cristal que consigamos, siempre y cuando la tapa sea metálica.

Estos son los elementos que vamos a necesitar:

- Bote de cristal con tapa metálica.

- Tubo de cobre de unos 5 a 10 mm de diámetro.

- Alambre de cobre rígido de unos 3 mm de diámetro.

CONSTRUCCIÓN.

Lo primero es marcar la posición donde se van a realizar los taladros, siendo estos lo más ajustados al diámetro del tubo y del alambre, y procurando que estén alejados del borde donde está la junta de goma que hace de sello al bote de cristal, (más adelante se explica el porqué).

 

Después una vez taladrados los orificios se lija bien por ambas caras de la tapa hasta quitar la pintura y dejar al descubierto el metal de la tapa para poder soldar correctamente y que agarre el estaño. Hacemos lo mismo con el tubo de cobre y el alambre.

A continuación insertamos el tubo de cobre en la tapa y con ayuda de un soldador y estaño se soldará a la tapa tanto el tubo como el alambre.

Pero antes para evitar deteriorar la junta de goma que traen las tapas con el calor al soldar, es importante colocar un poco de papel de cocina empapado en agua alrededor de la rosca y por encima de la junta, de este modo evitamos que esta zona se caliente en exceso.

Un vez que se enfríe ya tendremos la campana terminada.

 

 

 

En cuanto a cómo poder realizar el "vacío" en el bote eso es más complicado ya que será necesario que consigamos una bomba de vacío (que no son baratas), o como en este caso usando un compresor de frigorífico.

A continuación hay algunas imágenes de los experiementos realizados al aplicar alta tensión.

Aquí encontrarás cómo construir un generador de alta tensión --> Enlace

Circuito temporizado con retardo a la desconexión accionado por luz (555 + LDR)

LISTA DE COMPONENTES

Integrado 555.

LDR

R1 potenciómetro 4,7K. 

R2 resistencia 1/4W 1K.

R3 resistencia 1/4W 1M.

C1 Condensador no polarizado (el tipo de condensador no es crítico, cerámico, mica...) 22nF.

C2 Condensador electrolítico 100nF.

Relé tensión de alimentación 6V.

Este simple circuito es una modificación del circuito anterior que temporizaba el retardo a la desconexión, solo que este no está activado por un pulsador sino de forma automática en función de la luz ambiental.

Para ello se ha sustituido el pulsador por un LDR que no es más que una resistencia cuyo valor depende de la cantidad de luz que incida sobre ella.

En situación de oscuridad el pin 2 del integrado 555 está con tensión ya que es alimentado a través de R1 y R2, sin embargo, en el momento en que el LDR recibe luz, esta resistencia baja de valor haciendo que la tensión que pasa por R1 y R2 ya no se dirija al pin 2 sino que se cierre el circuito por el LDR con lo que al pin 2 le llega una tensión mucho menor pasando de "1 a 0", lo que activa en este caso la salida del 555 que pone en marcha el relé.

Cuando nuevamente se queda en oscuridad, se activa la temporización de retardo a la desconexión manteniendo activo en este caso el relé un determinado tiempo según sea el valor de R3 y del condensador C2 para después apagarse y quedarse a la espera de volverse a activar cuando reciba luz, (cuanto mayor sea el valor de R3 y C2 mayor será el tiempo que estará en marcha el relé tras apagarse la luz).

Otra cosa importante es que regulando el potenciómetro R1 se puede ajustar la sensibilidad del LDR, es decir, a partir de que nivel de luz queremos que el circuito se active.

¿Qué pasa si aplicamos alta tensión a una gota de agua?

El experimento consiste en observar cómo se comporta un fluido, en este caso agua, cuando se le aplica alto voltaje, en el siguiente vídeo podemos ver lo que ocurre.

En el vídeo se puede ver como en el momento en el que se conecta la fuente de alta tensión, la forma de la gota que se encuentra en el lado del electrodo de bola cambia de redondeada a una forma puntiaguda.

Esto se produce debido a la diferencia de potencial entre la gota de agua y la superficie del deposito de agua, ya que cada una está conectada a un extremo del polo de un generador de alta tensión, y como ambas poseen cargas de diferente signo, debido a esto, se genera una atracción entre ellas, por eso la gota de agua se alarga atraída por el agua de abajo.

Además se aprecia otro fenómeno, el efecto punta, por ello cuando la gota adquiere forma de punta aparece un halo azulado alrededor de esta y cuando ambas están lo suficientemente juntas salta un arco eléctrico.

Fabricar un condensador casero para realizar experimentos con alta tensión

En ocasiones a la hora de hacer experimentos con alta tensión se hace necesario a veces el uso de condensadores para almacenar energía, pero los condensadores que soporten altas tensiones no son fáciles de conseguir, por lo que se puede optar por construirlos de forma casera. No son lo mismo pero menos da una piedra.

Las capacidades de estos condensadores no son tan elevadas como los modelos comerciales pero pueden ser un buen sustituto para nuestros experimentos.

Antes de ponernos manos a la obra es interesante saber cuáles son las partes de las que está compuesto un condensador.

Las partes principales son las armaduras y el dieléctrico.

Partes de un condensador

Las armaduras son las partes metálicas conductoras que se encuentran montadas una en frente de la otra pero sin contacto entre ellas y separadas entre si por el dieléctrico que es un material aislante.

Una vez visto las partes de las que consta un condensador, otra de las cosas que hay que tener en cuenta a la hora de construirlo es como afecta al valor de la capacidad el tamaño de las armaduras o el tipo de dieléctrico.

Existen distintos tipos de condensadores en función de la disposición de las armaduras, pudiendo ser los más típicos los condensadores planos y los cilíndricos, y en función de su forma se emplean distintas fórmulas para calcular su capacidad.

Por ejemplo, para un condensador plano la fórmula para calcular la capacidad es:

Condensador plano parcialmente desmontado

εr es la constante dieléctrica del dieléctrico que se coloque entre las armaduras, y es un valor que depende únicamente del tipo de material del que esté compuesto el dieléctrico, por ejemplo, para el aire la constante es 1, para la mica (un material usado en condensadores comerciales) es de entre 5 y 8 o el agua que es de 81.

De esto se deduce que cuanto más alta sea la constante dieléctrica más alto será el valor de la capacidad del condensador.

Capacidad con la botella vacía (dieléctrico de aire)

Capacidad con la botella llena de agua

Capacidad del condensador con agua y sal

Otro factor importante es la superficie de las armaduras (S),  que al igual que en el caso anterior, cuanto más grandes sean mayor será la capacidad.

Por último tenemos la distancia entre las armaduras (d) que, cuanto menor sea, mayor será la capacidad resultante.

En cuanto a los condensadores cilíndricos la fórmula es:

Condensador cilíndrico

De donde la capacidad depende de (l) que es la longitud del condensador, cuanto más grande sea en este aspecto mayor será la capacidad.

Los otros dos factores son el radio de la armadura exterior (R) y de la interior (r), de los que se deduce a partir de la fórmula que cuanto mayor sea el radio exterior mayor capacidad, y por el contrario cuanto más pequeño sea el radio interior mayor será la capacidad.

Así que, una vez visto un poco de teoría ya podemos empezar a construir nuestro condensador teniendo una idea aproximada de que factores tenemos que tener en cuenta para conseguir la mayor capacidad posible.

El condensador más rápido de construir es un condensador cilíndrico usando una botella de plástico.

Para empezar, los materiales que tenemos que reunir son:

1º. Una botella de plástico.

2º. Papel de aluminio.

3º. Pegamento.

4º. Sal de cocina.

5º. Cable eléctrico.

Y de herramientas solo necesitaremos unas tijeras y un punzón o cualquier herramienta similar para realizar un agujero.

Una vez que tengamos seleccionada una botella de plástico preferiblemente lisa, cortaremos una lámina de papel de aluminio del tamaño de la superficie de la botella para después, aplicar una capa de pegamento por la parte exterior de la botella y pegar la lámina de papel de plata que hemos recortado, de este modo ya tendremos lista una de las armaduras del condensador.

Para el dieléctrico del condensador llenamos la botella con agua y echamos la sal, lo que hace que aumente la constante dieléctrica del agua y a su vez la capacidad del condensador.

Por último realizaremos un agujero en el tapón para pasar un cable con el extremo pelado que introduciremos hasta hacer contacto con el agua. Este cable será la otra armadura.

Ahora que ya tenemos completo el condensador solo queda probarlo. 

Debido a que el condensador es casero se producen pérdidas que ocasionan que la tensión entre sus armaduras sea algo más bajo que si no estuviera conectado, por eso en la imagen de la izquierda el arco es algo más corto, pero por el contrario se consigue una descarga más intensa con mayor energía, por eso se puede apreciar que el arco tiene un mayor diámetro. 

Principios básicos del funcionamiento de un sistema Line Array

Jorge, un lector del blog ha dejado un comentario en mí artículo "Construcción de una caja acústica" donde pregunta: "sería posible conseguir un modelo de cajas acústicas line array y explicar su ingeniería desde el punto de vista del rendimiento del sonido".

A modo de pequeña introducción diré que cuando se desea sonorizar sitios más o menos grandes tanto en espacios abiertos como cerrados nos podemos encontrar con el problema de las reflexiones en superficies cercanas, sobre todo en recintos cerrados, pudiéndose reflejar el sonido en los techos produciendo reverberaciones y sonidos indirectos que en ocasiones pueden ser más fuertes que el sonido directo que proviene de los altavoces.

Para evitar esta clase de sonidos indeseados se intenta conseguir una configuración en la distribución de los altavoces tratando de dirigir el sonido hacia donde nos interesa, esto es, hacia el público y no hacia los otros elementos que nos puedan producir distorsiones, en definitiva, tratamos de intentar obtener una mayor directividad.

Para ello los altavoces se agrupan en columnas o disposición vertical también llamados line-array.

La principal ventaja de este método de agrupación de altavoces es que se consigue una gran directividad en el plano vertical, ya que en este plano se reduce el ángulo de cobertura a la mitad cada vez que doblamos el número de altavoces, manteniendo a su vez el mismo ángulo de cobertura en el plano horizontal, con ello conseguimos dirigir el sonido hacia donde nos interesa.

Arriba ángulos de cobertura en el plano vertical, abajo en el plano horizontal.

Otra de las cualidades que poseen estos sistemas es cómo distribuyen el sonido y cómo afecta eso al nivel de presión sonora conforme nos vamos alejando de la fuente de sonido.

Para intentar entender mejor esto hay que diferenciar entre fuentes de sonido puntual (por ejemplo un solo altavoz), y fuentes de sonido lineal (como puede ser una agrupación de altavoces en columna -line-array-).

En las fuentes de sonido puntual el sonido se aleja en forma de ondas esféricas por lo que cuando duplicamos la distancia entre el oyente y nuestro único altavoz el nivel de presión sonora se atenúa 6 dB debido a que la superficie que tiene que irradiar el altavoz a esa distancia aumenta conforme nos vamos alejando, siendo esta superficie igual al cuadrado de la distancia que separa al oyente del altavoz, (se podría decir que al disminuir 6 dB nuestro oído lo percibe como si hubiéramos bajado el volumen a la mitad).

Propagación del sonido en una fuente puntual.

Sin embargo con la columna de altavoces la fuente de sonido es lineal por lo que el sonido no se aleja en forma de ondas esféricas como en el anterior caso, sino que lo hace en forma “cilíndrica”, de tal modo que al duplicar la distancia entre nuestra columna de altavoces y el oyente, la superficie que tiene que irradiar los altavoces ya no crece con el cuadrado de la distancia como antes, sino de forma más lenta, (recordemos que el ángulo de cobertura se ha estrechado por arriba y por abajo), con lo que la directividad es mayor, consiguiendo una atenuación de 3 dB.
 

Propagación de sonido en una fuente lineal.

De este modo partiendo de una misma potencia, si agrupamos los altavoces en una columna o line-array, podemos cubrir más distancia y llegar más lejos con unos niveles de presión sonora aceptables más que con un sistema tradicional, o dicho de otra forma, con menos potencia la gente que está más alejada del escenario seguirá escuchando la música lo suficientemente alto como para escucharla bien.

En resumen, que cuando nos vamos alejando duplicando la distancia, el nivel de presión sonora va atenuándose 3 dB con un sistema line-array, en contraposición de los 6 dB que se atenúan con un sistema tradicional, reduciéndose así las perdidas.

Nota, espero haber resuelto tu pregunta ya que hace mucho tiempo que estudié esto y ya no tengo los conocimientos tan frescos como antes.