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El generador electrostático de Kelvin

El generador de goteo de Kelvin es interesante por que transforma directamente el potencial gravitatorio en una diferencia de potencial eléctrico. Separa las cargas eléctricas positivas y negativas existentes en el agua, del orden de una cada 107 moléculas ó 6.1·1016 iones H+ y OH- por litro. Las gotas caen del depósito superior A y forman dos hileras que atraviesan sendos anillos metálicos B y C para caer en dos recipientes D y E, donde se almacenan las gotas: en uno las gotas cargadas positivamente y en el otro, las gotas cargadas negativamente, dando lugar a una diferencia de potencial del orden de 10 000 V.

Al cabo de unos pocos minutos salta una chispa en el cruce F de los dos alambres separados menos de 1 cm. Se ha de tener en cuanta que el aire se vuelve conductor cuando las moléculas se disocian bajo la acción de un campo eléctrico intenso, en condiciones normales tiene que haber una diferencia de potencial de 22 300 V cuando los conductores están separados 1 cm.

Los anillos B y C suelen ser cilindros metálicos de algunos centímetros de altura denominados “inductores”.

No es posible predecir anticipadamente cuál de los depósitos D o E acumulará carga positiva o negativa. Unas veces el depósito izquierdo es positivo y el derecho es negativo, otras veces ocurre la inversa.

Supongamos que inicialmente el depósito D adquiere una carga negativa y el E carga positiva.

Cuando una gota atraviesa el anillo C las cargas de signo negativo experimentan una repulsión y pasan a través del anillo solamente las cargas positivas.

Cuando una gota atraviesa el anillo B las cargas de signo positivo experimentan una repulsión y pasan a través del anillo solamente las cargas negativas.

Los depósitos D y E adquieren cada vez más carga, se trata de un proceso que se autoamplifica una vez iniciado.

Para que funcione el generador es necesario que se cumplan dos requisitos:

  1. Los recipientes inferiores que recogen las gotas cargadas han de estar perfectamente aislados uno del otro y ambos del suelo para impedir la fuga de carga.
  2. El hilo de agua que sale del depósito superior se ha de romper en gotitas dentro de los “inductores”.

Referencias

Boada M., Generador electrostático de Kelvin, Taller y Laboratorio, Investigación y Ciencia, mayo 2006, págs 84-86

Desmet S, Orban F., Grandjean F., On the Kelvin electrostatic generator, Eur. J. Phys. 10 (1989) pp. 118-122.

Vídeo tomado en la VIII Edición del Concurso Ciencia en Acción Zaragoza (2007): César Sánchez Martín. "Ver el sonido" y otros caprichos. Anterior