Trabajo Bola de Plasma [PDF]

Zitiervorschau

Integrantes: Cordero Alas, Katherine Paola #3 Guzmán Arévalo, Rosa Elena #9 Magaña Maldonado, Yasmin Elizabeth #15 Torres Díaz, Evelyn Vanessa #26

Docente: Jesús Esperanza Ascencio.

Asignatura: Ciencias Naturales.

Tema: “Bola de Plasma”

Grado: Segundo Año de Bachillerato Sección “A”.

Año: 2016

INTRODUCCIÓN En este presente trabajo se hablara del famoso invento de Nikolas Tesla el cual un globo de cristal lleno de gas de baja presión tales como el neón, el argón o xenón. El plasma es un estado de la materia en el cual ésta se encuentra fuertemente ionizada, es decir, con gran cantidad de "iones”. En general se compone de iones positivos o "cationes”, electrones "sueltos" y "aniones", que son iones negativos, y también el plasma se compone de átomos eléctricamente neutros pero "excitados", que se decaen emitiendo radiación electromagnética característica visible o bien, invisible como ultravioleta o infrarroja. El fenómeno por el cual los átomos excitados de una substancia sucesivamente, emiten luz visible, se denomina luminiscencia. También es conocida como "luz fría", para distinguirla de otra forma de iluminación que se produce según principios físicos diferentes: la irradiada por la agitación térmica de los iones de la red de átomos del material, debida a la alta temperatura de los filamentos incandescentes, cuyo espectro viene dado por la Ley de Radiación de Planck. La luz del pigmento de las luciérnagas y los colores del plasma de las auroras boreales son dos ejemplos naturales de luz fría. La esfera de plasma comercializada con nombres como "bola relámpago", "lámpara fiesta" o "Party Plasma Ball", es una ingeniosa lámpara luminiscente popularizada desde los años 80´s, que consta de un recipiente transparente en cuyo interior se producen constantemente descargas eléctricas ("rayos") de ciertos colores. La materia que compone estos rayos es un plasma luminiscente.

OBJETIVO GENERAL Analizar el funcionamiento de la bola de plasma y su construcción con corrientes de alta frecuencia para conocer el fenómeno de alto voltaje y comprender por medio de la experimentación sus efectos de luz provocados por el ser humano.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS •

Comprender el funcionamiento de la bola de plasma.

•

Analizar el funcionamiento con corrientes de alta frecuencia.

•

Realizar la investigación y experimentación con el fenómeno del alto voltaje.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Cuál es la importancia del uso de la bola de plasma y que efectos produce este?

HIPÓTESIS H0: La bola de plasma producirá destellos centelleantes debido a la ionización de los gases encerrados producidos por los electrones acelerados que por el campo eléctrico creado por el electrodo esférico central arrancarán electrones de los átomos del gas noble que hay en su interior, los cuáles, al recapturar otros electrones, emitirán luz. H1: La bola de plasma no producirá destellos centelleantes debido a la ionización de los gases encerrados producidos por los electrones acelerados que por el campo eléctrico creado por el electrodo esférico central no arrancarán electrones de los átomos del gas noble que hay en su interior, los cuáles, al recapturar otros electrones, no emitirán luz.

JUSTIFICACIÓN En el mundo de las ciencias se encuentra un conjunto de fenómenos físicos relacionados con el flujo y presencia de cargas eléctricas llamado Electricidad. Esta se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, electricidad estática, el electromagnetismo, entre otros. Esta forma de ciencia posee muchas aplicaciones como el transporte, la climatización, iluminación y computación. La electricidad se usa para generar: luz, mediante lámparas, calor, como el efecto de Joule, movimiento de motores, como la transformación de le energía eléctrica en energía mecánica, y señales mediante sistemas electrónicos. Conocer el fenómeno del alto voltaje que se utilizará en el proyecto, consiste en las líneas de alta tensión en un sistema eléctrico que genera, transporta, distribuye y utiliza la electricidad intercambiando entre si energía entre ambos sentidos reflejando fenómenos que llaman la atención como los relámpagos coloreados. La presente investigación se realiza con el objetivo de dar a conocer una aplicación de la electricidad mediante “La Bola de Plasma” que consiste en una lámpara que produce serpentinas de luz ultravioleta y a la vez para poder analizar, conocer y comprender la utilización de corrientes de alto voltaje al producir luz en la lámpara gracias al transformador que produce las corrientes necesarias para que este fenómeno se produzca sorprendentemente, Asimismo poder aprender más por medio de la experimentación sobre los peligros que este proyecto presenta y la experiencia que se obtendrá al construirlo, pudiendo analizar las partes importantes en su utilización y funcionamiento.

OBSERVACIÓN En la presente investigación se realizara la experimentación de “La Bola de Plasma”, en la que se observa como el fenómeno del Alto Voltaje genera, transporta, transforma, distribuye y utiliza corrientes de alta tensión eléctrica. La lámpara de plasma fui inventada por Nikola Tesla y alcanzo su popularidad en los años de 1980; esta consiste en una lámpara esférica o cilíndrica transparente llena de gases a baja presión, conducida por una corriente de alta frecuencia generada por un transformador emitiendo así serpientes de luz ultravioleta que se extienden desde el interior del electrodo hacia las paredes de la bola, reflejando relámpagos coloreados.

MARCO TEÓRICO

BOLA DE PLASMA Una bola de plasma es un globo de cristal lleno de gas de baja presión tales como el neón, el argón o xenón. Un electrodo se coloca en el centro del globo y conectado a la fuente de alimentación que proporciona una alta tensión, de alta frecuencia, la corriente alterna. El plasma es un estado de la materia en el cual ésta se encuentra fuertemente ionizada, es decir, con gran cantidad de "iones" (átomos eléctricamente no neutros). En general se compone de iones positivos o "cationes" (átomos que han perdido uno o más electrones), electrones "sueltos" y "aniones", que son iones negativos (átomos a los que se les ha ligado algún electrón), y también el plasma se compone de átomos eléctricamente neutros pero "excitados" (donde algunos de sus electrones están en estados de mayor energía que la mínima), que se desistan (decaen) emitiendo radiación electromagnética característica visible o bien, invisible como ultravioleta (UV) y/o infrarroja(IR). El fenómeno por el cual los átomos excitados de una substancia (que decaen sucesivamente con distintas radiaciones electromagnéticas), emiten luz visible, se denomina luminiscencia. También es conocida como "luz fría", para distinguirla de otra forma de iluminación que se produce según principios físicos diferentes: la irradiada por la agitación térmica de los iones de la red de átomos del material, debida a la alta temperatura de los filamentos incandescentes, cuyo espectro viene dado por la Ley de Radiación de Planck. La luz del pigmento de las luciérnagas y los colores del plasma de las auroras boreales son dos ejemplos naturales de luz fría. La esfera de plasma comercializada con nombres como "bola relámpago", "lámpara fiesta" o "Party Plasma Ball", es una ingeniosa lámpara luminiscente popularizada desde los años 80´s, que consta de un recipiente transparente en cuyo interior se producen constantemente descargas eléctricas ("rayos") de ciertos colores. La materia que compone estos rayos es un plasma luminiscente. Las bolas de plasma están disponibles en multitud de formas, siendo las más frecuentes esferas y cilindros. Aunque haya muchas variaciones en su forma, una lámpara de plasma es por lo general una esfera de cristal transparente, llena de una mezcla de varios gases a baja presión, y conducida por corriente alterna de

alta frecuencia y alto voltaje, generada por un transformador de alta tensión o una bobina de Tesla en miniatura. Un orbe más pequeño en su centro sirve como un electrodo. Emite "serpientes de luz ultravioleta" que se extienden desde el electrodo interior hasta las paredes de la esfera de cristal, dando una apariencia similar a múltiples y constantes relámpagos coloreados. La colocación de una mano cerca del cristal altera el campo eléctrico de alta frecuencia, causando un rayo de mayor grosor dentro de la esfera en dirección al punto de contacto. Cuando se acerca cualquier objeto conductor a la esfera se produce una corriente eléctrica; esto puede generar cortos circuitos, como el cristal no bloquea el flujo de corriente cuando están implicadas altas frecuencias, actúa como el dieléctrico en un condensador eléctrico formado entre el gas ionizado y, en este caso, la mano de la persona. La esfera de plasma es un aparato de alto voltaje y de alta frecuencia, y por lo tanto, "puede sentirse alguna descarga" a través de la esfera de vidrio. Aunque en general es inofensiva, como con todos los aparatos eléctricos, hay que tener mucho cuidado en su uso, y no hay que desarmarla. Este artículo no debe ser usado para dar coraje a personas que no trabajen con electricidad. La habilidad de trabajar con aparatos eléctricos debe adquirirse a través de estudio sistemático y realización gradual de prácticas de taller y laboratorio. En la esfera de plasma se observan fenómenos eléctricos y luminosos que se producen por conducción eléctrica en gases. Las descargas gaseosas también son el principal principio de funcionamiento de aparatos como las pantallas de plasma, tubos y ampolletas fluorescentes, ampolletas de neón, sodio y mercurio, y letreros luminosos. La esfera de plasma tiene una mezcla de gases a presión menor que la atmosférica (p < 1 atm) sometidos a un alto voltaje alterno (AC). Por lo tanto, al encenderla comienzan diversos fenómenos de conducción en gases: el campo eléctrico E acelera los iones residuales (que siempre existen). En su camino chocan con átomos neutros del gas, ionizándolos y excitándolos. Esto produce más portadores de carga que a su vez, se aceleran y chocan ionizando y excitando más átomos. Así se produce una verdadera "avalancha" de descargas que alcanza la condición de "ruptura eléctrica", produciendo fenómenos de luminiscencia de color naranja cerca de los electrodos, y en "rayos" azules que cruzan el interior de la esfera. Además de las características observadas que se enumeran al principio, un aspecto sorprendente es que los rayos se produzcan entre materiales que son "aislantes eléctricos" (como el vidrio y el plástico). La clave de esto, es el voltaje de alta frecuencia al que está sometido el gas. En estas condiciones no son necesarios los electrodos en contacto directo con el gas. La conducción a través de materiales como vidrio y plástico que son eléctricamente polarizarles ("dieléctricos"), es posible debido a la baja reactancia que ofrecen a la alta

frecuencia. En la esfera de plasma, el alto voltaje se aplica a través del vidrio del recipiente y del plástico de la base. Para ver a qué frecuencia trabaja esta esfera, la hemos puesto encendida a unos 6 cm de una bobina de 1434 espiras, con radio interior y exterior de 3.1 y 4.2 cm respectivamente. Esta bobina está conectada a un osciloscopio y a un frecuencímetro (Fig. 15). En la pantalla se ven 5 períodos de unos 3 V de amplitud, que ocupan 9.1 DIV en la escala de 20 ms/DIV, es decir, 27.5 kHz. Y en el frecuencímetro se lee "27.8745 kHz". Es decir, ambos instrumentos indican claramente que funciona a una frecuencia cercana a los 28 kHz. Con estas observaciones y los datos de la bobina, usando relaciones de Electromagnetismo se puede ver que el orden de magnitud de la intensidad del campo magnético generado a 6 cm de la esfera es unas 100 veces menor que el terrestre, y que el campo eléctrico tiene una intensidad unas 3500 veces menor que la necesaria para producir chispas en el aire.

HISTORIA Inicialmente desarrollada y patentada por Nikola Tesla (llamado "el tubo de descarga de gas inerte"), la versión moderna de la bola de plasma fue diseñado en 1970 por un estudiante del MIT llamado Bill Parker. Tesla estaba estudiando los efectos de la corriente de alta frecuencia se descargan en el gas de baja presión contenida en un tubo de gas. ¿CÓMO FUNCIONA? Según PowerLabs, plasma, a menudo referido como el "cuarto estado de la materia", es "un gas caliente ionizado." En otras palabras, un plasma es un gas que contiene partículas cargadas como los electrones y los iones. La aplicación de la tensión inicial a través de la fuente de alimentación crea una segunda tensión oscilante en el electrodo. Esto crea un campo electromagnético alterno que mantiene a los electrones libres en movimiento en el interior. Como los electrones ganan energía suficiente para romper con el electrodo central, acelerará debido al campo electromagnético y ganar energía. El plasma streamer se crea como los electrones se mueven alrededor y se ionizan el gas. La luz que emana de un flujo de plasma es el exceso de energía de los átomos vuelven a un estado de energía más bajo a un estado excitado. El color de la luz depende del gas dentro del globo. Los experimentos tales como: Un experimento fácil de hacer cuando cerca de una bola de plasma es poner la mano en el cristal. Tocar el cristal altera el campo eléctrico de la esfera de plasma y causa una sola corriente de plasma se extiende desde el electrodo central hasta el punto donde la mano está en contacto con ella. Otra prueba sencilla es mantener una bombilla de luz fluorescente cerca de una bola de plasma. El campo eléctrico que rodea la pelota es suficiente para excitar el gas de mercurio dentro de la bombilla fuerte y hará que la bombilla.

ADVERTENCIAS Y CONSIDERACIONES Mientras bolas de plasma puede ser divertido de ver y experiencia, cualquier persona con una enfermedad del corazón o un marcapasos no debe tocar uno. Bolas de plasma para crear sus propios campos eléctricos alrededor de ellos y por lo tanto deben mantenerse lejos de cualquier cosa que podría verse afectada por un campo eléctrico, como computadoras, teléfonos móviles y otros dispositivos digitales.

PELIGROS Colocar dispositivos electrónicos cerca de la lámpara de plasma puede calentar excesivamente el cristal existiendo riesgo de quemaduras leves, y colocar metales o papel de aluminio sobre la superficie del cristal puede provocar descargas eléctricas leves y riesgo de incendio. El alto voltaje y frecuencia al que funcionan éstas lámparas pueden interferir con el funcionamiento correcto de dispositivos a varios metros de proximidad, tales como ordenadores portátiles, reproductores digitales de audio, y otros dispositivos similares y también interferir con otras señales de radiofrecuencia como teléfonos inalámbricos o redes Wifi. Después de unos minutos de encendido constante, cerca de la esfera de cristal suele acumularse ozono en pequeñas cantidades al ionizar el oxígeno próximo a la superficie del cristal. Éste se acumula de manera más acelerada si se coloca una mano o un objeto metálico sobre el cristal y al forrar con papel de aluminio arrugado. Al acercar el dedo a 1 cm saltan chispas púrpuras debido a la diferencia de potencial recibiendo una ligera descarga eléctrica no mortal (debido a la alta frecuencia).

MATERIALES: -1 foquito de luz -1 porta foco - 1/2 metro de cable más o menos - 1 chispero eléctrico PASOS: 1º- Cortar un pedazo del cable (a gusto) y conectarlo de donde sale la chispa (del chispero) al positivo del porta foco que sería el positivo del foco a su vez (este es el culito que tiene abajo digamos y no la chapa de rosca).

2º- Colocar el foquito en el porta foco

3º- Conectar en chispero a la corriente eléctrica (fíjense siempre de ver las especificaciones del chispero con respecto al voltaje que tiene que ser enchufado o esas cuestiones de seguridad)

4º- Apretar el mágico botón del chispero y disfruten de la luz de plasma que es algo asombroso. (Mejor de noche u oscuridad).

HOJA DE Costos 

1 condensador de un microfaradio a 650v ($5.00)

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1 bombilla a 230 v ($10.00)

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Porta lámparas ($3.00)

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Bobina de encendido ($5.00)

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Cable para alumbrado ($3.00)

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Estaño para soldar ($5.00)

TOTAL: $31.00

Recomendaciones  Tener en cuenta, cuando producimos plasma, como consecuencia de una reacción química (combustión a altas temperaturas) se forma dióxido de nitrógeno. Este gas afecta principalmente al sistema respiratorio, al ser tóxico e irritante.  No colocar dispositivos electrónicos cerca de la lámpara de plasma ya que puede calentar excesivamente el cristal existiendo riesgo de quemaduras leves.  Se debe tomar en cuenta que después de unos minutos de encendido constante, cerca de la esfera de cristal suele acumularse ozono, a partir del oxígeno del aire, acelerándose si se coloca la mano o cualquier objeto metálico sobre el cristal.  Tener en cuenta que el alto voltaje y la frecuencia al que funcionan éstas lámparas pueden interferir con el funcionamiento correcto de dispositivos a varios metros de proximidad, tales como ordenadores portátiles, reproductores digitales de audio, y otros dispositivos similares y también interferir con otras señales de radiofrecuencia como teléfonos inalámbricos o redes Wifi.

CONCLUSIÓN Como resultado de la investigación presentada, es posible concluir que al estudiar e investigar acerca del tema “la bola de plasma” podemos entender mejor cómo funcionan los materiales en estado de plasma, así como nos ayuda a analizar algunos gases nobles incluidos en el proceso, su función y comportamiento en el experimento, asimismo, la relación que tiene con los campos magnéticos que actúan. Este tipo de investigación y experimentación ayudan a fortalecer mucho el conocimiento que se tiene sobre ciencias (física y química) y también a comprender cuán riguroso es el proceso del método científico. Cada cosa en este mundo tiene una explicación lógica y científica, tiene un fundamento o una respuesta del porque suceden las cosas y no simplemente es por arte de magia. La bola de plasma es creada por la misma naturaleza, ayudada con ciertos elementos electrónicos. El plasma es un elemento muy importante, por tal motivo decidimos escoger un proyecto que se basara en esto, demostrando gracias a las bolas de plasma las que por medio de factores como la temperatura y la electronegatividad se pueden ejemplificar de una maravillosa manera y a su vez el plasma con sus diversos colores y formas.

BIBLIOGRAFÍA

 https://www.google.com.sv/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3& cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiV0rO6mePPAhUC6x4KHXfXCPAQFggrMAI& url=http%3A%2F%2Fwww.cienciapopular.com%2Fexperimentos%2Fboladeplasma&usg=AFQjCNHNDQE2W08zqSyda2dBC7hMPVUTdw&sig2=MpYwfqK2 BRCK86nwZKHKNQ&bvm=bv.135974163,d.eWE  https://www.google.com.sv/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4& cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiV0rO6mePPAhUC6x4KHXfXCPAQFggyMAM &url=http%3A%2F%2Fwww.profisica.cl%2Fcomofuncionan%2Fcomo.php%3F id%3D39&usg=AFQjCNEIP2hT1g5IhuYn7elUBVGwlozXAg&sig2=02eogRGrWb 7njZEnYYEQJQ&bvm=bv.135974163,d.eWE

 https://www.google.com.sv/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=11 &cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiV0rO6mePPAhUC6x4KHXfXCPAQFghKMA o&url=http%3A%2F%2Fenroquedeciencia.blogspot.com%2F2009%2F12%2Fb ola-deplasma.html&usg=AFQjCNHCDw4cefed6Jx3m8mXUrD1NZySTg&sig2=DMWM WKVftLMSKD14uP_Vhg&bvm=bv.135974163,d.eWE

ANEXOS