Ciencias Exactas y Naturales

PP – 335 – EN Generador de energía eléctrica.

  • Categoría: Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)
  • Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales
  • Asesor: Monica Romero Jimenez
  • Autor: Santiago Fragoso Alegria ()

Resumen

La electricidad es un elemento muy importante en nuestras vidas, su utilización no requieren ninguna formación. Hoy en día cualquiera de nosotros tenemos electricidad en casa. No podemos imaginarnos sin este vital recurso para realizar las actividades de nuestra vida cotidiana.

En esta investigación conoceremos el procedimiento para generar energía mecánica en energía eléctrica con materiales fáciles de encontrar, se genera electricidad con un motor muy pequeño y alimentaremos instrumentos que ya son necesarios en nuestra vida diaria, como es una fuente de luz, cargar un celular o cargar una batería para usarla a futuro. Realizaremos y explicaremos como generar electricidad con un pequeño generador con el cual podremos prender un led, cargar un celular o una batería.

 

Pregunta de Investigación

¿Es posible generar energía para encender un led, cargar un celular o una batería, con un generador eléctrico casero?

Planteamiento del Problema

La transformación de energía mecánica a energía eléctrica se lleva a cabo a través de dispositivos denominados generadores.

Por lo tanto crearemos un generador eléctrico casero el cual transformara energía mecánica en eléctrica.

Este generador podrá alimentar un foco led, cargar un celular o una batería, los cuales ya son de uso cotidiano para la vida diaria.

Antecedentes

En el universo nada se mueve sin energía

La energía es la fuerza que mueve la cosas, todo lo que hay en el universo se mueve. La energía se almacena en forma de combustible, alimentos y otras sustancias.Transformaciones de energía (fig.1)

¿Qué es la electricidad?

La electricidad es un flujo de partículas. Conocidas como electrones. Cuando los electrones se separan o mueven (es decir, producen una interacción entre ellos), se genera una corriente eléctrica. Así se produce la electricidad.

La electricidad genera efectos luminosos químicos, mecánicos y caloríficos. Esta es un energía que se produce de forma natural, es decir que sucede con los hechos de la naturaleza. Así, vemos que se produce la electricidad cuando, en una tormenta, un rayo o un relámpago descarga electricidad sobre la Tierra. Estas son descargas de cúmulos de energía que se producen en el interior de las nubes y que, al chocar diferentes masas de aire, descargan en forma de rayo en dirección a la Tierra.

Así, el hombre utiliza esta fuerza de la naturaleza para uso industrial. Por ejemplo, la fuerza del agua en grandes cantidades en una represa se usa para abastecer de la misma a las ciudades.

Sin embargo no siempre el ser humano dominó la electricidad.

 

Descubrimiento de la electricidad

No es correcto hablar de invención de la electricidad, pues la electricidad es un fenómeno natural. Pero sí es posible hablar de su descubrimiento.

Fueron muchísimos los científicos que aportaron para hoy disponer de un manejo más avanzado respecto de la electricidad. A continuación mencionaremos los casos más significativos.

Los primeros pasos…

Aunque siempre ha sido un fenómeno que ha llamado la atención a toda la humanidad desde las civilizaciones de la prehistoria, Tales de Mileto (600 a.C) fue el primero en observar a la electricidad como existente en la naturaleza.

Él fue el primero que logró producir, por fricción, chispas eléctricas. Sin embargo, en aquel momento no se hablaba de electricidad sino que su nombre era “ámbar”, por el efecto visual que producía la electricidad.

Los descubrimientos seguían su rumbo de evolución

Fue en el año 1600 d.C que William Gilbert le otorgó el nombre de electricidad. 60 Años más tarde, Otto Von Guericke inventó un generador eléctrico estático. Este generador, producía energía estática. Además  Guericke descubrió algunas propiedades de la electricidad:

 

  1. La electricidad puede atravesar espacios.
  2. En los términos de la electricidad, los materiales se dividen en aislantes y conductores.

Tal como lo descubrió Guericke existen algunos materiales que son aislantes.

En la actualidad sabemos que los materiales aislantes son aquellos donde  la electricidad no puede traspasar dichos materiales. Estos son:

  • Madera
  • Goma
  • Plástico
  • Cerámica
  • Cristal
  • PVC

Por otra parte existen materiales llamados conductores que, como su nombre lo indica, conducen la electricidad y favorecen el flujo de la energía. Actualmente podemos reconocer como materiales conductores a la mayoría de los metales:

  • Aluminio
  • Hierro
  • Latón
  • Cobre
  • Acero
  • Bronce
  • Metal galvanizado
  • Oro
  • Plata
  • Magnesio
  • Mercurio
  • Níquel
  • Cromo

15 Años más tarde, (en 1675) el científico Robert Boyle observó la fuerza de atracción y repulsión que producía la energía eléctrica.

Fue Benjamín Franklin en 1752, tras hacer un experimento con un palote una noche de tormenta, demostró la naturaleza eléctrica de los relámpagos. En el año 1800 Alejandro Volta, inspirado en los estudios y observaciones de un científico italiano llamado Luigi Galvani, produce la primera batería capaz de producir corriente eléctrica.

Electromagnetismo

El descubrimiento del electromagnetismo se le atribuye en 1819 al científico danés Hans Christian Oersted cuando, en un experimento junto a sus estudiantes, una aguja que se encontraba de forma accidental cerca de una pila cargada, se mueve por carga magnética.

En el año 1831, Michael Faraday descubre la inducción electromagnética. Esto significa que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

En el año 1879, el científico Joseph John Thomson demuestra que los rayos se componen de partículas atómicas de carga negativa, a los que actualmente llamamos electrones.

La primera lámpara incandescente la inventa Thomas Alva Edison en el año 1881. Un año más tarde, Edison vende el primer sistema eléctrico de energía para iluminación incandescente en la ciudad de Nueva York para la iluminación de la estación Pearl Street.

En el año 1888 Hertz recibe un reconocimiento de la comunidad científica por sus trabajos sobre las ondas electromagnéticas tanto en la propagación, reflexión de las ondas o en la polarización de éstas. Este descubrimiento sería la antesala de la invención de la radio.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (electrones) en el interior del mismo. Denominamos a la intensidad de corriente eléctrica a la cantidad de carga enviada por un material conductor; es decir es un desplazamiento, un transporte de cargas eléctricas.

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).fig2

Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas.

Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que “cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan”. Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

Requisitos para que circule la corriente eléctrica.

Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales:

  1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Conductor. 3. Carga o resistencia conectada al circuito. 4. Sentido de circulación de la corriente eléctrica. Fig.3

  1. Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico.

 

  1. Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre.

 

  1. Una carga o consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica.

Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.

Intensidad de la corriente eléctrica.

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

Analogía hidráulica.

El tubo del depósito “A”, al tener un diámetro reducido, ofrece más resistencia a< la salida del líquido que el tubo del tanque “B”, que tiene mayor diámetro. Por tanto, el caudal o cantidad de agua que sale por el tubo “B” será mayor que la que sale por el tubo “A”. fig.4

Mediante la representación de una analogía hidráulica se puede entender mejor este concepto. Si tenemos dos depósitos de líquido de igual capacidad, situados a una misma altura, el caudal de salida de líquido del depósito que tiene el tubo de salida de menos diámetro será menor que el caudal que proporciona otro depósito con un tubo de salida de más ancho o diámetro, pues este último ofrece menos resistencia a la salida del líquido.

De la misma forma, una carga o consumidor que posea una resistencia de un valor alto en ohm, provocará que la circulación de los electrones se dificulte igual que lo hace el tubo de menor diámetro en la analogía hidráulica, mientras que otro consumidor con menor resistencia (caso del tubo de mayor diámetro) dejará pasar mayor cantidad de electrones. La diferencia en la cantidad de líquido que sale por los tubos de los dos tanques del ejemplo, se asemeja a la mayor o menor cantidad de electrones que pueden circular por un circuito eléctrico cuando se encuentra con la resistencia que ofrece la carga o consumidor.

La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ).

Objetivo

Comprobar que de un movimiento (energía mecánica) podemos generar electricidad por medio de un generador y de esta manera prender un led.

Justificación

La energía eléctrica es un recurso que se utiliza en la vida diaria, por lo que me intereso conocer como prende un led, saber que es un generador eléctrico y como se puede producir electricidad con un generador.

Hipótesis

Si construimos un generador eléctrico casero podremos demostrar que por medio de un movimiento podemos convertir la energía mecánica en energía eléctrica, demostrando que podemos cargar una batería, un celular o prender un led

Método (materiales y procedimiento)

Visite la biblioteca para conocer sobre la electricidad y diferentes tipos de generadores de electricidad. Foto1-3

Foto(1)Foto(2) Foto(3)

Visite el museo Universum, para aprender cómo se puede generar la electricidad y sus comportamientos. Foto 4 – 8

Foto(4) Foto(5)

Foto(6) Foto(7) Foto(8)

 

Elaboración de dispositivo.

Material:

  • Motor Reductor
  • 2 llantas
  • Piezas para armar K-Nex
  • Dispositivo USB
  • Foco USB
  • Cable
  • Soldadura

Procedimiento:

  1. Armar la base para nuestro generador con las piezas de KNex
  2. Colocar llantas al motor y sujetar con piezas de KNex las llantas.
  3. Ajustar la base al motor e insertar pernos de sujeción.
  4. Insertar y sujetar polea
  5. Soldar dispositivo USB.
  6. Insertar Led USB al dispositivo
  7. Girar para generar la electricidad.

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un generador eléctrico capaz de encender un led. Transformando energía mecánica en eléctrica.

Galería Resultados

Discusión

Obtuvimos un generador eléctrico capaz de encender un led. Transformando energía mecánica en eléctrica

Conclusiones

Aprendí que existen diferentes tipos de energía y que se puede transformar una energía en otro tipo de energía. En el caso de mi proyecto pude observar que al dar movimiento a la polea (energía mecánica) el generador transforma esta energía en energía eléctrica y con esta energía pude encender un led.  Conocí que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma.

Así transforme energía mecánica en energía eléctrica.

 

Bibliografía

Museo: Universum – Área de Física

 

Libro: Esa Poderosa Energía

Autor: Nick Arnold

Editorial: Libros del Rincón SEP

 

Libro: Electricidad (Magnetismo. Ramas de la Electricidad. Maquinas. Aplicaciones Industriales y Urbanas. Telecomunicación. Atomística)

Autor: Juan Martin Romero

Editorial Ramón Sopena S.A. Provenza, 95 Barcelona – Biblioteca Hispania

 

http://www.asifunciona.com

https://es.wikipedia.org/

https://www.youtube.com/watch?v=16GvOPV5jqc

https://www.youtube.com/watch?v=0uOHCrl8U18

 



PP – 335 – EN Generador de energía eléctrica.

Summary

Research Question

Is it possible to generate power to turn on a led, charge a cell phone or a battery, with a homemade electric generator?

Problem approach

Background

Objective

Justification

I am interested in knowing how to turn on a led, know that it is an electric generator and how you can produce electricity with a generator

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

We obtained an electric generator capable of lighting a led. Transforming mechanical energy into electrical

Discussion

Conclusions

Bibliography