En la escuela secundaria, nos informaron sobre la corriente eléctrica y los imanes. Se dijo que un campo eléctrico constante genera un campo magnético constante, y un campo eléctrico alterno crea un campo magnético alterno. Asintimos juntos, lo escribimos en un cuaderno y nos fuimos a casa, olvidando el tema de la lección en el camino. No sabíamos cómo se ven estos campos, cómo funciona la electricidad y dónde se puede aplicar este conocimiento.
Si hubiera un lugar donde estos principios se demuestren claramente, tal vez algunos de nosotros recordaríamos lo que decían los maestros y nos probaríamos en ciencias. Así es como pensamos cuando comenzamos a construir una sala de alta energía.
Precaución: muchas fotos interesantes debajo del corte.
Sobre el LandauCenter
High Energy Room es un proyecto educativo para niños. Lo lanzamos en el primer centro universitario ucraniano de ciencias interactivas: el "LandauCenter" de la Universidad Nacional VN Karazin Kharkiv.
El LandauCenter está ubicado en el edificio norte de KNU, un edificio de antes de la guerra que anteriormente albergaba la Academia de Ingeniería de Radio de Ingeniería Aérea L. A. Govorov. En 2004, la academia fue reorganizada y el edificio fue transferido a la Universidad de Karazin. En 2013, en el primer piso del ala derecha, se asignaron varias instalaciones para la creación del Centro de la Universidad de Landau. Más tarde, después de un exitoso comienzo de trabajo en 2014, el centro recibió varias aulas en el segundo piso y sótanos.
El LandauCenter es una reminiscencia de muchos centros científicos europeos: el Copérnico de Varsovia, el Experimento de Gdansk o el AXAA de Tartu. Dichos centros tienen objetivos comunes. Uno de ellos es enseñar ciencias de una manera lúdica. Por ejemplo, en el LandauCenter, los niños intentan levantar un peso de 32 kilogramos en el hombro corto y largo de la palanca y entienden: si alarga el hombro lo suficiente, puede desarrollar cualquier esfuerzo. Incluso los antiguos egipcios usaron la palanca de Arquímedes para mover piezas de mármol.
Todas las exhibiciones son creadas por empleados y estudiantes universitarios con sus propias manos. Entonces, la sala principal en el primer piso se llenó gradualmente, por lo que para nuestro proyecto elegimos una de las habitaciones libres en el segundo.
Acerca del equipo
Dos arquitectos, tres constructores, dos consultores de física, dos electricistas, un coordinador y muchas personas que no son indiferentes a la ciencia trabajaron en el proyecto.
Los arquitectos hicieron el diseño y las representaciones de la sala. Los constructores dieron vida al proyecto en unos seis meses. Los físicos construyeron la "Escalera de Jacob" y la bobina de Tesla más grande de Ucrania. Los electricistas ayudaron con el cableado y la implementación del sistema de arranque de estos dispositivos. El coordinador hizo el trabajo sin problemas y sin métodos regulares de valeriana.
Planificacion
Pensamos que podríamos usar una de las habitaciones vacías del centro para un proyecto interesante que interesaría a los niños con ciencia y tecnología. Pero no sabían qué se podía implementar específicamente. Quería hacer algo útil, pero al mismo tiempo espectacular, como la sala Ames o la sala RGB.
Los científicos del Centro Landau siempre han soñado con construir una gran bobina de Tesla. Dijeron que tienen una mini bobina y organizaron una pequeña demostración. Realmente nos gustó, y decidimos implementar esta idea.
A principios de 2016, llegamos al Centro Landau para inspeccionar y medir las instalaciones nuevamente.
La habitación no era adecuada para nuestro proyecto: el techo suspendido de plástico podía incendiarse fácilmente, era demasiado claro, las paredes debían ponerse en orden: quitar la capa de revestimiento y, posiblemente, hacer una nueva.
Para que los visitantes se interesen, debe darles la oportunidad de usar electrodomésticos, pero para que no exista ningún peligro para su vida y su salud. Consultamos con arquitectos y físicos y decidimos dividir la sala en 2 zonas: para visitantes y para exhibiciones.
Decidimos que el área de visitantes acomodaría a 25 personas. Por seguridad, dividimos las zonas con una jaula de Faraday. Pongámoslo de modo que caiga en un campo eléctrico externo emitido por los dispositivos.
Una célula de Faraday funciona así: los electrones libres se mueven a su alrededor y se concentran de cierta manera. Debido a esto, los lados opuestos de la celda reciben diferentes cargas, lo que crea un nuevo campo dirigido opuesto al externo. Como resultado, la carga se compensa y está ausente dentro de la celda, es decir, la celda absorbe completamente las ondas electromagnéticas de la bobina.
Además de la jaula, aislamos la segunda zona de los visitantes con vidrio, de lo que hablaremos más adelante. Tendrá una bobina Tesla, la escalera de Jacob, varias lámparas fluorescentes y un gran ventilador.
Ahora teníamos los planos y comenzamos la construcción.
Decidimos dejar el piso. Querían que la sala se pareciera a una audiencia universitaria y entregara el proyecto a tiempo. Quitaron la capa superior de madera junto con el barniz viejo y lo cubrieron con uno nuevo.
Las descargas eléctricas se ven mejor en la oscuridad. Decidimos repeler el yeso a ladrillo y luego pintar las paredes y el techo de negro.
Esto es lo que parecía en el render:
Afortunadamente, las paredes estaban en buenas condiciones.
Prueba de pintura negra. Se ve bien:
Lo que sucedió al final:
Trabajo
Mientras los constructores desmantelaban la última masilla, los físicos del Centro Landau ensamblaron la bobina Tesla y la Escalera de Jacob.
Nikola Tesla patentó la bobina en 1891. Desde entonces, su diseño no ha cambiado mucho. Puedes construir una versión simple de transformador a partir de este video:
Los físicos de Landau discuten sobre el circuito primario de la bobina:
Ahora veamos cómo funciona el
transformador Tesla :
Hay una fuente de voltaje: 220 voltios. La corriente se suministra a través de una bombilla incandescente de 200 vatios, que sirve como resistencia limitadora de corriente. Si no hubiera luz, cuando se encendiera la bobina Tesla, los disyuntores se apagarían.
La corriente va a 4 transformadores. Están ubicados en un recipiente de plástico y están llenos de aceite de motor sintético. El aceite es dieléctrico y protege contra fallas eléctricas, y también enfría los transformadores durante la operación.
A la salida de los transformadores, obtenemos 8.400 voltios. La corriente se cierra a través del entrehierro entre los dos contactos que giran en el motor.
Cuando el motor está funcionando, los contactos se cierran y se forma un circuito oscilante. El devanado primario tiene una inductancia, y los condensadores en los que se acumula energía tienen una capacitancia.
Después de eso, una corriente con una frecuencia de más de 200 kilohercios comienza a resonar en el circuito primario, y parte de la energía es absorbida por el devanado secundario.
Como resultado, obtenemos la bobina más grande de Ucrania y casi medio millón de voltios. Para una altura de bobina de 80 centímetros, un resultado decente. Pero causar cualquier meteorito de Tunguska, esto, por supuesto, no es suficiente.
"Escalera de Jacob" son 2 electrodos de cobre, cada uno de 2 metros de largo. La corriente de alto voltaje también fluye a través de ellos, alrededor de 18,000 voltios. Entre los electrodos hay una descomposición del aire y un arco eléctrico que se eleva.
Un arco eléctrico en el aire se convierte en plasma, cuya temperatura es de 5000 º. El aire caliente es más liviano que el frío, por lo tanto, debido a la convección, se eleva y arrastra un arco junto con él. Cuando el arco alcanza el espacio más amplio entre los electrodos, se rompe. En el mismo momento, se enciende una nueva descarga de arco en la parte inferior de los electrodos, y el proceso se repite.
En la foto "La escalera de Jacob" a la derecha:
Se llama la "Escalera de Jacob" debido a las filas que se parecen a los pasos. Esta es una referencia a la historia bíblica del Patriarca Jacob, quien en un sueño vio una escalera que conducía al cielo.
"Escalera" consiste en:
- Los dos arcos que se montan en la parte superior de la jaula de Faraday a través de aisladores.
- Cuatro transformadores de neón. No están en aceite, como para la bobina Tesla, pero están llenos de resina epoxi sólida en la fábrica.
- Tableros de control de arranque.
Prueba
Los especialistas de LandauCenter completaron los instrumentos 2 meses antes de la apertura. Las exhibiciones futuras tuvieron que ser revisadas cuidadosamente.
La corriente de la bobina tiene un efecto en la piel: la electricidad pasa por la superficie de la piel y no daña a una persona de ninguna manera. Pero aún así, decidimos poner una pantalla protectora de vidrio frente a la jaula de Faraday. Un nivel adicional de protección no hará daño: cuando los visitantes de la sala son niños, es mejor ir a lo seguro.
Los constructores terminaron el acabado e instalaron la red. Pensamos en el horario de trabajo de las exposiciones. Nos detuvimos ante el hecho de que la bobina y la "escalera" funcionarán durante aproximadamente un minuto y luego se apagarán durante casi 5 minutos. Esto ayudará a evitar el desgaste de los transformadores y otros componentes. Y un empleado del centro en este momento informará a los visitantes sobre la electricidad, o tomará un descanso.
Las exhibiciones se activan mediante botones ubicados en los guardias al lado de la jaula de Faraday. En un escudo hay un botón para el carrete, en el otro para la "Escalera". Los niños se esfuerzan todo el tiempo por presionar los botones mientras el empleado del centro no está mirando. Pero después del final de la sesión de exposiciones, presionar el botón no producirá nada. Cuando el aparato está listo para comenzar de nuevo, las luces encima de los protectores se encienden. Si son verdes, ¡puedes volver a tener un espectáculo!
Después de trabajar las bobinas en la habitación, es muy fácil respirar, como si se apagara después de una tormenta eléctrica. Esto se debe al hecho de que después de la descarga del rayo se forma una gran cantidad de ozono. En grandes cantidades, el ozono puede causar dolores de cabeza, por lo que un extracto trabaja constantemente en la habitación.
Instalamos la jaula de Faraday y comenzamos a instalar un vidrio protector que ayudará a combatir el exceso de ozono. En la foto es claramente visible.
El funcionamiento de la bobina y la escalera es absolutamente seguro. Pero hay excepciones: cuando la bobina funciona, las personas con marcapasos y audífonos no deben estar en la habitación. El campo magnético generado por la bobina afecta el funcionamiento de estos dispositivos; pueden comenzar a fallar.
El descargador de bobina de Tesla es muy ruidoso. El personal del centro compró docenas de auriculares con aislamiento de ruido para que los niños se sientan cómodos.
La bobina Tesla incluida tiene un fuerte campo electromagnético. La lámpara fluorescente a su lado comenzará a brillar. Arreglamos varias de esas lámparas en la jaula de Faraday.
Descubrimiento
El cinco de enero, la sala se abrió a todos los asistentes.
Ahora los empleados del LandauCenter realizan conferencias interactivas y explican claramente cómo funciona la electricidad. Por ejemplo, dicen por qué no puedes caminar en un área abierta en una tormenta eléctrica. Un fuerte campo electromagnético aparece en la superficie de la tierra. La tensión de este campo es muy alta cerca de conductores agudos: árboles, torres de televisión, pararrayos, una persona solitaria en la estepa. Por lo tanto, los rayos pueden golpearlos.
Para demostrar esto, colocamos una percha en la jaula de Faraday, que se encarga de la bobina.
Plarium es una empresa técnica y queremos popularizar la tecnología de cualquier manera posible. El año pasado, realizaron una serie de eventos para desarrolladores de uDev, este año abrieron una sala de alta energía con LandauCenter. Estamos convencidos de que es posible interesar a las personas solo a través de su propia experiencia. Que la ciencia y la tecnología hacen avanzar a la humanidad, incluso si resiste con fuerza y sigue preparando té con las calderas de la abuela.
Experimenta y aprende cosas nuevas. Después de todo, Tesla dijo: "La acción de incluso la criatura más pequeña conduce a cambios en todo el universo".