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• jose García Toledano

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Documento introductorio y/o descriptivo de la observación:

1. Introducción En este documento se quiere exponer y/o describir las conclusiones de varias experiencias realizadas. El hecho de que se siga este razonamiento lógico no quiere decir que lo escrito aquí sea cierto. No obstante es lo que se ha encontrado en la bibliografía que se acerca más a los hechos observados.

1.1

Objetivo

El objetivo de este documento es poder recopilar las experiencias para que todo aquel que esté interesado pueda repetirlo y/o desarrollar aún más la experiencia hasta llegar a la realización de elementos mecánicos útiles. (Si esto fuera posible). Así es deseable lograr un desarrollo práctico que utilizando, en la medida de lo posible, elementos sencillos y baratos un sistema que pueda convertir cualquier fuente de calor en electricidad sobre todo destinado a casos donde la red eléctrica convencional no esté accesible bien por su inexistencia o bien porque cualquier problema la ha dejado inutilizada. Otra característica muy importante es que sea fácil de construir (en la medida de lo posible).

1.2

Antecedentes

Aunque no haya una seguridad de estar enfocando correctamente la observación, sí que existe una evidente correlación entre la teoría y la experiencia. Un trabajo más exhaustivo debería dotar al modelo teórico de los parámetros y unidades necesarias para el dimensionamiento de mecanismos útiles.

1.2.1

La fuerza de Lorentz:

De forma genérica podemos definir la fuerza de Lorentz como sigue: (información obtenida de https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-lorentz#contenidos ) La ley de Lorentz establece que una partícula cargada q que circula a una velocidad v→ por un punto en el que existe una intensidad de campo magnético B→, sufrirá la acción de una fuerza F→ denominada fuerza de Lorentz cuyo valor es proporcional al valor de q, B→ y v→ se obtiene por medio de la siguiente expresión: F→=q⋅(v→×B→)

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1.2.2

El trabajo y la aceleración en la Fuerza de Lorentz

Imagina la trayectoria de una partícula cargada que se encuentra en el interior de un campo magnético. Por definición, el vector velocidad de cualquier partícula es siempre tangente a la trayectoria que describe. Adicionalmente sabemos que la fuerza de Lorentz es siempre perpendicular a v, por tanto independientemente de que el campo magnético sea uniforme o no, la fuerza de Lorentz es siempre normal a la trayectoria. De este razonamiento podemos extraer que si únicamente actúa la fuerza de Lorentz: 

La partícula no posee aceleración tangencial, únicamente aceleración normal. Esto implica que el módulo del vector velocidad no cambia (no se ve alterada la celeridad o rapidez de la partícula) pero si lo puede hacer su dirección.



Dado que la fuerza es perpendicular al desplazamiento que se produce en la trayectoria, el trabajo de la fuerza de Lorentz es nulo. Por tanto, en los campos magnéticos la energía cinética de una partícula permanece constante.

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Una partícula cargada que se encuentra en el interior de un campo magnético sufre una fuerza magnética (fuerza de Lorentz) normal a la trayectoria que le provoca cambios en la dirección de su vector velocidad aunque no en su módulo, provocando que su energía cinética permanezca constante.

1.3

Conclusión práctica

Una forma práctica de aplicar este principio es lo que hace el campo de la magneto-hidrodinámica. Esto es así debido a que el movimiento de cargas positivas y negativas en el seno de un fluido crea diferencias de potenciales que pueden ser usadas de forma diversa. Este fenómeno es reversible y por tanto una diferencia de potencial puede crear trabajo en el seno de un fluido con cargas eléctricas sometidas a un campo magnético. Aplicaciones tenemos varias como:  

Bombeo de agua por magneto-hidrodinámica (experimentación) Sensores de caudal (productos comerciales ampliamente utilizados)

Así pues estamos ante un caso en el que la energía eléctrica aplicada a un líquido se convierte directamente en movimiento sin que tenga que existir un mecanismo mecánico que convierta el movimiento rotativo de un motor en empuje sobre un fluido. Es muy importante observar que no es el agua la que se mueve directamente por la presencia de una corriente eléctrica, el hecho es que son las cargas que existen dentro del agua las que se mueven y es el rozamiento entre cargas y fluido lo que provoca que el agua se mueva.

2. Descripción teórica de la experiencia: 2.1

Idea original antes del experimento real

En este caso la experiencia dio paso al intento de una explicación teórica, no obstante en este documento hacemos una descripción teórica primero (bajo unos postulados que no tienen por qué ser totalmente ciertos)

Imán

Vector del calor

Fuerza resultante

Placa material

Vector del campo magnético

Fuente de energía

Eje Giro

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2.2

El experimento real

Los enlaces a los vídeos son:

https://youtu.be/qs71Lpq2_XA En este vídeo se observa el montaje en funcionamiento En este vídeo se observa el montaje funcionando donde realizo alguna maniobra con la intención aclarar cómo funciona. https://youtu.be/1K6s-DXCnH0

Dejo un tercer vídeo donde intento reproducir lo mismo con un papel zincado por uno de los lados. Pero las turbulencias y lo burdo del experimento no permiten sacar conclusiones claras. No obstante lo expongo porque no deja de ser información válida para futuros montajes. https://youtu.be/tZgYSE9qwNU

Algunas imágenes:

Las láminas de titanio aisladas en una cara con masilla refractaria para chimeneas, clavadas en un trozo de corcho blanco.

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Esta imagen es para observar como las láminas sobresalen por debajo, ya que de aquí van a tomar contacto con la fuente de calor.

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Vista parcial de los elementos involucrados en el experimento. En el centro del corcho blanco hay unos alfileres. El sentido de estos alfileres es la de crear la suficiente atracción sobre el imán de arriba de modo que el corcho blanco no se desvíe para un lado o para otro y así el giro sea más claro.

Vista detallada del imán colgado de un clavo

2.3

Conclusiones después del experimento real

Al hacer el experimento real se comprueba que las placas no se mueven, en algunos momentos se observa alguna vibración pero no funciona la experiencia como se había previsto, ya que se esperaba que hubiera un giro de las placas con respecto al eje. Sí que se observa giro si se cumplen las siguientes condiciones: A. El material escogido tiene forma de lámina (espesor muy fino) B. La orientación del lado más fino (menos de un mm) tiene una orientación radial o casi, por tanto el ancho queda mirando según la tangente o similar. (en el caso del titanio en lámina) C. Una de las caras del ancho tiene que estar aislada (en el caso del titanio y en el caso del plástico pintado de zinc el efecto solo se observa si una cara es de zinc y la otra de plástico. Si las dos caras son de zinc el efecto no se da ya que el giro es errático. Esto es lógico debido a que por la cara es por donde se irradia el calor que es absorbido por abajo, por tanto si se irradia calor por las dos caras se crean fuerzas opuestas.

2.4

Replanteo y profundización en lo que puede estar sucediendo.

La explicación al punto A) podemos analizarla de la siguiente forma. La Fuerza de Lorenz se observa en cargas eléctricas. En el caso que nos ocupa trabajamos con materiales equilibrados eléctricamente, pero observamos que la estructura molecular hexagonal es asimétrica. Por tanto vamos a trabajar con la idea de que esa estructura asimétrica es la que la hace susceptible de verse afectada por el fenómeno conocido como fuerza de Lorentz. No obstante hay que tener muy en cuenta que la escala triboeléctrica tiene mucha relevancia aquí, ya que es muy normal que al trabajar con el papel este quede cargado positivo y por este motivo se estén observando estos fenómenos. En el caso de la lámina de titanio la carga se adquiere en el roce con el poliestireno. De hecho hay que hacer una fricción antes del desarrollo del experimento para que haya una carga positiva neta en el titanio, sino no funciona. Además con el tiempo se observa una ralentización del giro debido seguramente a la pérdida de esta carga con el tiempo. En una lámina no todo está ordenado, así pues la estructura cristalina no es homogénea, sino que dependiendo del material el orden estará basado de una forma u otra.

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Por ejemplo en el papel este efecto (el que estamos estudiando) es muy notorio. Esto puede deberse a que la fibras de celulosa tienen que ordenarse todas en el mismo plano debido a que hay un plano con muy poco espesor y que limita fuertemente que una fibra se ordene de forma trasversal al papel. En el caso del titanio la lámina se compone de granos que están orientados de forma diversa donde, a priori, una orientación no prevalece sobre otra. No obstante solo los granos correctamente orientados serán susceptibles de sufrir el efecto que estamos estudiando. Es de suponer que durante el laminado se propicie que una mayor parte de los granos se oriente según un plano de forma predominante. El titanio también tiene tendencia a quedar cargado positivamente por su manipulación, etc. La explicación a los punto B no está clara, quizás estas condiciones estén propiciando la aparición de una carga y una orientación del grano de la forma adecuada. El punto C es obvio debido a que si las dos caras están descubiertas la transferencia de calor se hace por igual a ambos lados y las fuerzas se anulan.

3. Fuente energéticas usadas y que han funcionado… (Bueno… son las únicas que se han probado):    

Calor Electricidad (se han utilizado fuentes de alto voltaje a circuito abierto… ¡cerrado por el aire¡ Radiación (chispómetro) Ondas de presión

4. Otros datos: Entre los diversos ensayos realizados se ha encontrado que este efecto se ha detectado en:

4.1

Papel (Celulosa)

4.2

Acetato de celulosa

4.3

Papel de un vaso de papel (celulosa + parafina) recubierto con pintura de zinc (con el material del vaso solo no funciona, quizás debido a la incapacidad de cargarse positivamente)

Zinc

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4.4

Láminas de titanio

4.5

Se han encontrado influencias más débiles en:

Poliestireno (corcho blanco)

4.6

Aluminio (no se ha observado comportamiento alguno.. no funciona con aluminio). Cuando se combina una capa de aluminio y acetato de celulosa se observa que si hay efecto de giro. Parece que la distribución de cargas en la interfase acetato-aluminio facilita que el acetato quede cargado eléctricamente.

4.7

Alambres de hierro galvanizado Parece que sí, pero seguramente será por el recubrimiento galvánico. No se ha probado de forma detenida.

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5. Comentarios varios A. B. C. D.

Si se pone el imán justo encima de las placas (no se mueven) El imán puede girar solidario a las placas. Si. Si se aumenta el nivel energético pero sin transferencia (sistema aislado)… las planchas no se mueven. Se han buscado alguna relación de parámetros con el fin de ver rendimientos… No, pero los materiales se comportan con diversidad. E. Funciona con energía a pulsos y en continuo siempre que sea continua en la dirección y sentido. (las observaciones indican que muy posiblemente, pero este parámetro no ha sido estudiado expresamente y por tanto no es conveniente presentar conclusiones. Pero el hecho de que funcione con radiación hace pensar que esto es posible. F. Experiencias varias hacen pensar que todos los elementos químicos se ven afectados de una u otra manera aunque solo de forma interna y no haya un efecto externo sensible o aprovechable. G. Parece que es vital que la molécula hexagonal tenga carga eléctrica…

Como se puede comprobar está todo por hacer, pero los hechos observados son interesantes desde el punto de vista ser utilizados en el desarrollo de sistema útiles la generación energética, transporte, etc.

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