COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE VERACRUZ

PLANTEL 35 “DR. LEONARDO PASQUEL”

MATERIA: TEMAS SELECTOS DE FÍSICA II

PROF. ING. JUAN FRANCISCO CORTINAS JAMESON

PROYECTO DE TERCER PARCIAL

“ESCALERA DE JACOB”

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

BASULTO ALMEIDA MAURICIO ALBERTO

JIMÉNEZ MENDOZA ANDRÉS GIOVANNI

LEAL HERNÁNDEZ ARLETTE

MARTÍNEZ SÁNCHEZ JOSÉ FRANCISCO

REYES LLANOS LUIS ARTURO

GRUPO: 602

OBJETIVO

Construir un aparato que permita el estudio de los arcos voltaicos a más de 5000

volts.

Demostrar la transmisión inalámbrica de energía eléctrica impulsada inicialmente

por Nikola Tesla.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Se denomina arco eléctrico o también arco voltaico a la descarga eléctrica que se

forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en

el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presión, o al

aire libre, como es el caso de nuestro aparato.

Se conoce informalmente como escalera de Jacob, al arco eléctrico producido por

un dispositivo formado por dos conductores rectos en forma de V. El arco se

produce en la parte más cercana (baja) de los electrodos y a medida que el aire

superior es ionizado por la radiación ultravioleta y por el calor, va subiendo hasta

que la distancia de los electrodos es demasiado larga y desaparece, repitiéndose

el arco en la parte más estrecha y así sucesivamente.

MATERIALES

Un transformador de microondas con una entrada de 120 voltios y una salida de

5000 voltios.

Clavija

Cable dúplex calibre 12

Dos alambres de 75 cm de largo.

Una base de madera

Dos tornillos para madera.

Terminales para electrónica

HERRAMIENTA

Desarmador plano y de cruz

Pinzas de corte

Pinzas de electricista

Equipo de seguridad

DIAGRAMA

ELABORACIÓN

Lo primero que se hizo para desarrollar el aparato fue hacer una distribución de nuestros

elementos esenciales dentro de nuestra tabla, cuidando que el transformador y los

alambres que utilizaríamos como antenas quedaran a una distancia en la que no pudieran

hacer algún contacto peligroso, puesto que se trabaja con un alto voltaje, que implica gran

riesgo.

Se identificó el bobinado primario o de entrada de nuestro transformador mirando el cable

que lo conformaba. Este debería de ser grueso y tener pocas vueltas, para tener así más

resistencia e intensidad, pero poco voltaje, que en este caso era de 127 voltios. Ahora

sabíamos cuál era el bobinado secundario, el cual se caracterizaba por tener mayor

número de vueltas en comparación al primario y debería de ser más delgado, lo que nos

daría menos resistencia e intensidad, pero un voltaje mucho mayor, de 3500 a 5000

voltios.

Ahora, lo que pretendíamos hacer con este elemento era elevar el voltaje a un nivel en el

que pudiera ionizar el aire entre dos conductores conectados a la salida, por lo que

conectamos el bobinado primario al cable de alimentación y el secundario al par de

alambres conductores que nos servirían como antenas, como puede observarse en la

fotografía.

Para ello, utilizamos terminales que irían conectadas a las “patitas” salientes del

bobinado. En el bobinado de salida solo teníamos una “patita”, pero dos cables, e

investigando un poco llegamos a la conclusión de que uno de ellos debería de ir a la

salida del bobinado, y el otro tendríamos que conectarlo a tierra o masa, que podría ser la

misma carcaza del transformador. Al final, los extremos no conectados se llevarán a los

alambres conductores, conectándolos a los mismos, los cuales sujetamos a la madera de

igual forma para que así estuvieran en un medio aislante y no hubiera riesgo alguno de

descarga.

Ahora, antes de probar el funcionamiento del aparato se tomaron ciertas medidas de

seguridad, como utilizar guantes, calzando zapatos de hule.

FUNCIONAMIENTO

En lo que se basa nuestro experimento es la idea de Nikola Tesla sobre transmitir energía

eléctrica de manera inalámbrica a través de la alta tensión. Así pues, nosotros elevaremos

el voltaje hasta un nivel en el que ionizará el aire entre dos conductores para demostrar a

pequeña escala la transmisión de energía eléctrica sin necesidad de algún cable,

ofreciendo un atractivo visual interesante, que también es didáctico.

Al accionar el aparato, el transformador comienza a hacer su función: elevar el voltaje de

entrada a uno que pueda ionizar el aire y así crear un arco eléctrico entre los conductores,

pero esto no puede hacerse de una manera aislada, sino que tiene que hacer de manera

asistida, utilizando algún conductor extra que logre crear un salto de chispa entre los

alambres para que se genere el pequeño rayo. Para ello, utilizamos un destornillador

amarrado a la punta de un palo de madera (para mayor seguridad), lo que provoca el

salto que chispa esperado. Entonces, conforme el aire se va ionizando de manera

ascendente, la chispa viaja hasta el punto en el que los conductores están lo

suficientemente alejados para que se pierda ese enlace y la ionización del aire no sea

posible, repitiéndose el fenómeno de nuevo, como un ciclo.

PROBLEMAS PROPUESTOS

Dados los datos proporcionados en el diagrama del experimento, obtenga:

a) La potencia de entrada y de salida.

b) La intensidad de salida.

c) La razón entre el número de espiras de la bobina secundaria y el número de

espiras de la bobina primaria.

CONCLUSIÓN

La Escalera de Jacob la escogimos en equipo, se escogió este experimento debido a que

escogimos demostrar algo sobre electromagnetismo, pero que fuera muy atractivo a la

vez.

El experimento estuvo basado en varios temas que en conjunto hicieron posible funcionar

la Escalera de Jacob, entre ellos están: electrodinámica, la ionización del aire, pero

principalmente el electromagnetismo.

En conclusión la Escalera de Jacob es en esencia un arco eléctrico o arco voltaico, se

logró utilizarlo como aparato de uso didáctico, ya que cumplió con la intención de

demostrar que se puede transmitir energía eléctrica de manera inalámbrica a través de la

alta tensión, obviamente se demostró a pequeña escala, pero se cumplió lo esperado: que

al generar un gran voltaje entre dos conductores puestos en forma de V y creando una

chispa entre ellos, el aire entre ellos se ionizará y dará como resultado un arco eléctrico.

En nuestra opinión fue una forma eficaz de hacerlo didáctico y atractivo a la vista de quien

los presencie, por consecuencia, creando una mejor comprensión de este principio.