El banco de capacitores es una herramienta muy interesante para realizar experimentos físicos, he seleccionado diez pruebas y fenómenos que pueden realizarse con el dispositivo.
1. La onda de choque en el vacío
Mas de una vez he escuchado polémicas sobre la falta de asesoramiento científico que a veces hay en producciones cinematográficas de ciencia ficción, una frecuente es lo que ocurre realmente en el vacío cuando se produce una explosión, en los filmes vemos que la nave donde escapan los héroes es alcanzada y se producen tremendos cimbronazos y si son los eternos estadounidenses, salen airosos, si son los monstruos malos, la detonación destruye su nave y los elimina.
Aprovechando este dispositivo (banco de capacitores) y que dispongo de cámara de vacío he realizado unas pruebas simples para ver los efectos.
Consiste en adaptar el filamento explosivo dentro de un frasco plástico al que le he cortado la base y he sujetado con cinta papel de aluminio, el papel es frágil y lo suficiente rígido para mantener la deformación que le provoque la onda de choque.
El primer petardazo lo hice al vacío, a unas 400 micras, un vacío no tan vacío de una bomba mecánica, al momento de la explosión la presión subió unas 300 micras sobre el valor que tenía, producto de la volatilización del material del fusible
Esta es la imagen de la explosión misma, la tonalidad azul se debe a que era un filamento de hierro, ese color depende de los espectros de emisión de los átomos que componen el fusible explosivo, Otra prueba del presente trabajo trata el tema espectros discretos.
En esta imagen pueden verse restos incandescentes del filamento dentro del frasco
El foil de aluminio quedó intacto y es muy curioso el no escuchar ningún ruido cuando ocurre la detonación, también veremos este fenómeno en detalle en otra prueba
Estas fotos que siguen corresponden a la explosión a presión atmosférica
La onda de choque rompe el foil de aluminio y puede verse la luz de la explosión que sale por arriba del recipiente
La membrana de aluminio destruida
Conclusión, en vacío no hay onda de choque tal como la conocemos a presión atmosférica, si es posible que una cantidad de material producto de la detonación se disperse en una especie de frente que podría alcanzar la nave, pero los cimbronazos y eso…. quedan muy lindos y que bueno que los malos mueren ahí, pero no.
2. El sonido en el vacío
Como les había comentado es curioso hacer una detonación en la cámara de vacío porque se escucha solo un clic metálico, el solo hecho que la explosión se produzca en un ambiente estanco, ya limita mucho el ruido, todos sabemos que si no queremos que nos escuchen lo que hablamos en una habitación cerramos la puerta y desde la habitación contigua ya no se oye, eso ocurre porque las ondas sonoras se transmiten por aire, al hacer la explosión en la cámara por tanto hay dos factores por lo que no se escucha el ruido uno porque la cámara esta cerrada y otro porque en el vacío al no haber aire el sonido no se propaga mas que por las vibraciones de los sólidos que componen los soportes y cables.
En esta prueba se quiso eliminar el primer factor que limita, el recipiente estanco, para ello se instaló un micrófono dentro de la misma cámara de vacío y se grabó lo que ocurría
Esta imagen muestra el piezoeléctrico usado como micrófono
La tapa superior de la cámara de vacío con las salidas del cable de micrófono que va a la netbook
Para micrófono se usó un piezoeléctrico, se evitó usar el conocido electret porque estos micrófonos llevan incorporado un transistor de efecto de campo (FET) que puede ser afectado por el pulso electromagnético que se produce (ver prueba 5)
Para analizar la grabación se usó un software gratuito audacity
Los resultados:
En esta figura puede verse la explosión a presión atmosférica
La siguiente imagen es el espectro de frecuencias y magnitud de las mismas, el ruido llega a los -15 Db
Esta imagen corresponde a la explosión en vacío, el caso es que aún hay un pequeño ruido debido justamente a las vibraciones que transmiten los soportes donde se encuentra el fusible. Hay que destacar que se uso un recipiente dentro de la misma campana para evitar el sputtering, que al chocar contra las paredes y el propio micrófono transmite mas vibraciones
Puede verse el espectro y la magnitud que esta en los -51 Db unas 65 veces mas atenuadas que a presión atmosférica.
Los dos archivos de audio estan
3. El efecto flash
Una de las aplicaciones mas comunes en la cotidianidad de nuestros hogares del banco de capacitores es el flash fotográfico o destello fotográfico, en las cámaras hay un dispositivo que descarga la energía acumulada en un capacitor en una lámpara de xenón
Esta descarga debe estar bien sincronizada con la apertura del diafragma, este fogonazo actúa como fuente de luz artificial para iluminar la escena donde se toma la foto.
Para corroborar este efecto en completa oscuridad se toma una filmación a la vez que se hace una descarga del banco en un filamento de hierro, la cámara se debe colocar de manera que el destello de la explosión no alcance la lente y es conveniente apantallar parte de la misma ya que la luz es muy potente, luego analizamos con virtualdub (ver prueba numero 8) y encontraremos un frame donde la escena se encuentra iluminada.
He puesto un archivo que se llama , es un pequeño video para analizar con virtualdub, con un poco de humor usando el efecto flash.
4. Sputtering
Este efecto que si bien puede ser interesante para recubrir espejos, caso que en este mismo blog se trató anteriormente en ocasiones suele ser poco deseable, porque hace una suciedad alrededor de donde se produce la volatilización del filamento, el sputtering se produce cuando el plasma despega átomos completos del metal que se depositan sobre cualquier material que pudiera ser alcanzado, las cámaras de vacío en caso que se hayan hecho las descargas allí pueden ser limpiadas con ácido clorhídrico, agrego una foto del fenómeno.
Acá el sputtering grosero en el interior de un fusible, si uno detona muchas veces en una campana de vidrio, queda todo el interior recubierto de una fina capa de los metales, ensucia bastante.
5. PEM (Pulso electromagnético) EMP en ingles
Mucho se ha hablado del pulso electromagnético y muchas series de ciencia ficción han ilustrado sobre los efectos que produce, para refrescar un poco, el PEM es un fenómeno que si bien no causa gran problema físico a las personas si provoca una destrucción de toda tecnología electrónica que esta dentro de la zona en que ocurre, el PEM esta asociado a explosiones nucleares e impacto de asteroides y produce una gran diferencia de potencial de varios miles de voltios por metro, si consideramos que la electrónica usa solo unos pocos voltios para su funcionamiento esta gran cantidad de voltaje los destruye aún estando apagados y apantallados, causando grandes problemas considerando que todos los sistemas de comunicación, sistemas informáticos etc, quedan fuera de servicio.
Este pulso tiene una componente eléctrica y una magnética, ambas mas o menos en una misma proporción, la componente magnética es mas lenta y deja fuera de servicio todo lo que sea transformadores y líneas de transporte de corriente eléctrica.
Bien con nuestro pequeño banco nada de esto se produce, no podemos quemarle ningún electrodoméstico a los vecinos ni nada, esta pequeña detonación produce si un pulso magnético capaz de ser visto y una pequeñísma componente eléctrica que se verá en todo lo que rodee la zona de la detonación, en definitiva es un pulso electromagnético pero no es el PEM conocido y temido por todos.
Para poder ver este pequeño pulso vamos a valernos de un pequeño amplificador que construiremos con un transistor de efecto de campo de lo mas común, un MPF102.
El circuito es muy sencillo
El diagrama fue tomado del siguiente todo el conjunto debe estar bien apantallado en una caja metálica, en mi caso usé una caja de un magnetrón de microondas donde he montado todos los componentes, un potenciómetro de 10K que ajusta al microamperímetro de cero en el punto medio, una llave para prender y apagar y en el conector de alimentación del magnetrón he puesto un trozo de alambre de cobre de unos 15 cm que hará de antena
En el interior soldé el FET tipo araña con los demás componentes del circuito.
El FET trabaja como un amplificador detectando los pequeños cambios eléctricos que se producen y son captados por el gate o puerta donde está la antena
Ahora el video que muestra el movimiento de la aguja al producirse la explosión del filamento.
Se ha cubierto el lugar de la detonación para que el efecto flash no vele la imagen
Como hacer un
Diez pruebas con el banco de capacitores -
1. La onda de choque en el vacío
Mas de una vez he escuchado polémicas sobre la falta de asesoramiento científico que a veces hay en producciones cinematográficas de ciencia ficción, una frecuente es lo que ocurre realmente en el vacío cuando se produce una explosión, en los filmes vemos que la nave donde escapan los héroes es alcanzada y se producen tremendos cimbronazos y si son los eternos estadounidenses, salen airosos, si son los monstruos malos, la detonación destruye su nave y los elimina.
Aprovechando este dispositivo (banco de capacitores) y que dispongo de cámara de vacío he realizado unas pruebas simples para ver los efectos.
Consiste en adaptar el filamento explosivo dentro de un frasco plástico al que le he cortado la base y he sujetado con cinta papel de aluminio, el papel es frágil y lo suficiente rígido para mantener la deformación que le provoque la onda de choque.
El primer petardazo lo hice al vacío, a unas 400 micras, un vacío no tan vacío de una bomba mecánica, al momento de la explosión la presión subió unas 300 micras sobre el valor que tenía, producto de la volatilización del material del fusible
Esta es la imagen de la explosión misma, la tonalidad azul se debe a que era un filamento de hierro, ese color depende de los espectros de emisión de los átomos que componen el fusible explosivo, Otra prueba del presente trabajo trata el tema espectros discretos.
En esta imagen pueden verse restos incandescentes del filamento dentro del frasco
El foil de aluminio quedó intacto y es muy curioso el no escuchar ningún ruido cuando ocurre la detonación, también veremos este fenómeno en detalle en otra prueba
Estas fotos que siguen corresponden a la explosión a presión atmosférica
La onda de choque rompe el foil de aluminio y puede verse la luz de la explosión que sale por arriba del recipiente
La membrana de aluminio destruida
Conclusión, en vacío no hay onda de choque tal como la conocemos a presión atmosférica, si es posible que una cantidad de material producto de la detonación se disperse en una especie de frente que podría alcanzar la nave, pero los cimbronazos y eso…. quedan muy lindos y que bueno que los malos mueren ahí, pero no.
2. El sonido en el vacío
Como les había comentado es curioso hacer una detonación en la cámara de vacío porque se escucha solo un clic metálico, el solo hecho que la explosión se produzca en un ambiente estanco, ya limita mucho el ruido, todos sabemos que si no queremos que nos escuchen lo que hablamos en una habitación cerramos la puerta y desde la habitación contigua ya no se oye, eso ocurre porque las ondas sonoras se transmiten por aire, al hacer la explosión en la cámara por tanto hay dos factores por lo que no se escucha el ruido uno porque la cámara esta cerrada y otro porque en el vacío al no haber aire el sonido no se propaga mas que por las vibraciones de los sólidos que componen los soportes y cables.
En esta prueba se quiso eliminar el primer factor que limita, el recipiente estanco, para ello se instaló un micrófono dentro de la misma cámara de vacío y se grabó lo que ocurría
Esta imagen muestra el piezoeléctrico usado como micrófono
La tapa superior de la cámara de vacío con las salidas del cable de micrófono que va a la netbook
Para micrófono se usó un piezoeléctrico, se evitó usar el conocido electret porque estos micrófonos llevan incorporado un transistor de efecto de campo (FET) que puede ser afectado por el pulso electromagnético que se produce (ver prueba 5)
Para analizar la grabación se usó un software gratuito audacity
Los resultados:
En esta figura puede verse la explosión a presión atmosférica
La siguiente imagen es el espectro de frecuencias y magnitud de las mismas, el ruido llega a los -15 Db
Esta imagen corresponde a la explosión en vacío, el caso es que aún hay un pequeño ruido debido justamente a las vibraciones que transmiten los soportes donde se encuentra el fusible. Hay que destacar que se uso un recipiente dentro de la misma campana para evitar el sputtering, que al chocar contra las paredes y el propio micrófono transmite mas vibraciones
Puede verse el espectro y la magnitud que esta en los -51 Db unas 65 veces mas atenuadas que a presión atmosférica.
Los dos archivos de audio estan
3. El efecto flash
Una de las aplicaciones mas comunes en la cotidianidad de nuestros hogares del banco de capacitores es el flash fotográfico o destello fotográfico, en las cámaras hay un dispositivo que descarga la energía acumulada en un capacitor en una lámpara de xenón
Esta descarga debe estar bien sincronizada con la apertura del diafragma, este fogonazo actúa como fuente de luz artificial para iluminar la escena donde se toma la foto.
Para corroborar este efecto en completa oscuridad se toma una filmación a la vez que se hace una descarga del banco en un filamento de hierro, la cámara se debe colocar de manera que el destello de la explosión no alcance la lente y es conveniente apantallar parte de la misma ya que la luz es muy potente, luego analizamos con virtualdub (ver prueba numero 8) y encontraremos un frame donde la escena se encuentra iluminada.
He puesto un archivo que se llama , es un pequeño video para analizar con virtualdub, con un poco de humor usando el efecto flash.
4. Sputtering
Este efecto que si bien puede ser interesante para recubrir espejos, caso que en este mismo blog se trató anteriormente en ocasiones suele ser poco deseable, porque hace una suciedad alrededor de donde se produce la volatilización del filamento, el sputtering se produce cuando el plasma despega átomos completos del metal que se depositan sobre cualquier material que pudiera ser alcanzado, las cámaras de vacío en caso que se hayan hecho las descargas allí pueden ser limpiadas con ácido clorhídrico, agrego una foto del fenómeno.
Acá el sputtering grosero en el interior de un fusible, si uno detona muchas veces en una campana de vidrio, queda todo el interior recubierto de una fina capa de los metales, ensucia bastante.
5. PEM (Pulso electromagnético) EMP en ingles
Mucho se ha hablado del pulso electromagnético y muchas series de ciencia ficción han ilustrado sobre los efectos que produce, para refrescar un poco, el PEM es un fenómeno que si bien no causa gran problema físico a las personas si provoca una destrucción de toda tecnología electrónica que esta dentro de la zona en que ocurre, el PEM esta asociado a explosiones nucleares e impacto de asteroides y produce una gran diferencia de potencial de varios miles de voltios por metro, si consideramos que la electrónica usa solo unos pocos voltios para su funcionamiento esta gran cantidad de voltaje los destruye aún estando apagados y apantallados, causando grandes problemas considerando que todos los sistemas de comunicación, sistemas informáticos etc, quedan fuera de servicio.
Este pulso tiene una componente eléctrica y una magnética, ambas mas o menos en una misma proporción, la componente magnética es mas lenta y deja fuera de servicio todo lo que sea transformadores y líneas de transporte de corriente eléctrica.
Bien con nuestro pequeño banco nada de esto se produce, no podemos quemarle ningún electrodoméstico a los vecinos ni nada, esta pequeña detonación produce si un pulso magnético capaz de ser visto y una pequeñísma componente eléctrica que se verá en todo lo que rodee la zona de la detonación, en definitiva es un pulso electromagnético pero no es el PEM conocido y temido por todos.
Para poder ver este pequeño pulso vamos a valernos de un pequeño amplificador que construiremos con un transistor de efecto de campo de lo mas común, un MPF102.
El circuito es muy sencillo
El diagrama fue tomado del siguiente todo el conjunto debe estar bien apantallado en una caja metálica, en mi caso usé una caja de un magnetrón de microondas donde he montado todos los componentes, un potenciómetro de 10K que ajusta al microamperímetro de cero en el punto medio, una llave para prender y apagar y en el conector de alimentación del magnetrón he puesto un trozo de alambre de cobre de unos 15 cm que hará de antena
En el interior soldé el FET tipo araña con los demás componentes del circuito.
El FET trabaja como un amplificador detectando los pequeños cambios eléctricos que se producen y son captados por el gate o puerta donde está la antena
Ahora el video que muestra el movimiento de la aguja al producirse la explosión del filamento.
Se ha cubierto el lugar de la detonación para que el efecto flash no vele la imagen
Ver también:
Como hacer un
Diez pruebas con el banco de capacitores -