Un montaje de gran utilidad para el laboratorio de Física y también para quien necesita detectar cargas eléctricas estáticas, es el electroscopio electrónico que aquí describimos. A diferencia del tipo tradicional de hojas, este circuito es totalmente electrónico y tiene enorme sensibilidad. Se trata de un montaje que posibilita la realización de una buena cantidad de experimentos en el aula y en el laboratorio. Lo más importante es que los componentes usados son comunes y de bajo costo.
La versión electrónica que presentamos opera según un principio diferente, basado en las propiedades de un dispositivo semiconductor moderno: el transistor de efecto de campo de unión. La sensibilidad de este dispositivo permite elaborar electroscopios extremadamente sensibles.
COMO FUNCIONA
En un transistor de efecto de campo, cuya estructura se muestra en la figura 1, la corriente que circula entre su conducción, la corriente entre el drenaje y la fuente se modificará enormemente.
Así, para detectar la electricidad estática, basta con conectar a la conducción del transistor de efecto de campo (FET) un electrodo. La simple aproximación de un objeto cargado de este electrodo inducir una tensión que modificará la conducción del transistor, como muestra la figura 2.
Nuestro circuito no es tan simple. Con el fin de detectar incluso la señal de la carga, agregamos elementos que muestran si la corriente en el transistor aumenta o disminuye, pues es sensible a la polaridad. Montamos así un puente de Wheatstone en el que, en uno de los brazos, colocamos un transistor de efecto de campo común.
El elemento indicador es un instrumento de bobina móvil o galvanómetro similar al que se encuentra en aparatos de sonido antiguos (el lector podrá incluso aprovechar un aparato viejo fuera de uso). Tenemos dos ajustes para el circuito: el equilibrio del puente y el fondo de escala. El equilibrio del puente permite llevar el puntero del instrumento al centro de la escala de modo que una deflexión hacia la derecha indique cargas positivas, ya la izquierda cargas negativas.
El otro potenciómetro impide que la aguja golpee violentamente al final de la escala, si tenemos un objeto con carga muy grande. Un punto importante a ser considerado en el proyecto, sin embargo, es la sensibilidad del FET. Se debe evitar tapar los objetos cargados en el sensor, ya que una carga muy intensa puede quemar el transistor.
MONTAJE
En la figura 3 tenemos el diagrama completo del electroscopio.
El montaje de los componentes basados en una placa de circuito impreso se muestra en las figuras 4 .
También es posible hacer el montaje en una matriz de contactos e incluso en un puente de terminales (figura 5), ya que el circuito no es crítico.
El transistor de efecto de campo empleado es el BF245. Se pueden utilizar equivalentes, pero el lector debe estar atento a la disposición de los terminales, que puede ser diferente. El electrodo sensor no es más que un anillo hecho con un cable común encapado. Es interesante que se mantenga la capa aislante del sensor, para que el contacto directo con un objeto dotado de carga muy grande no cause la quema del transistor.
La alimentación del circuito se puede realizar con cuatro pilas comunes o una batería de 9 V. Como el consumo es muy bajo, la duración de las pilas o la batería será muy grande. El instrumento es de 0 -1 mA o incluso 200 μA de fondo de escala. Si el lector puede encontrar un instrumento indicador de 50 μA con cero en el centro de la escala, será incluso mejor para la sensibilidad y el ajuste. El conjunto puede ser montado en una cajita plástica, como muestra la figura 6. Vea que P1 y P2 son potenciómetros, permitiendo el ajuste externo.
PRUEBA Y USO
Sólo tienes que conectar el aparato e inicialmente ajustar P2 para que la aguja del instrumento quede aproximadamente
Sugerencias
Además de las experiencias tradicionales que se programan en los cursos de Física de la Enseñanza Fundamental, Medio y Técnico, hay algunas otras que pueden ser implementadas gracias a la gran sensibilidad de este electroscopio. 1) Camine en una alfombra y luego acerque la mano del sensor para mostrar cómo su cuerpo se carga de electricidad. 2) Conectando una pequeña antena en lugar del sensor, podemos detectar las variaciones de las cargas estáticas en un día de tormenta por el paso de las nubes cargadas.
Después, frotando un peine en una blusa de lana o en un pedazo de seda, acerque el sensor X1. La aguja del instrumento deberá oscilar indicando la carga. Si el movimiento es muy brusco, actúe sobre P1 para que ese movimiento se suavice. El circuito es tan sensible que incluso frotando el peine a una buena distancia del sensor, ya es posible notar que la aguja oscila indicando la presencia de cargas estáticas. Compruebe el funcionamiento, realice las pruebas para confirmar que las cargas positivas se detectan con el movimiento del puntero a la derecha. Si la indicación está invertida, cambie las conexiones del instrumento M1 (invierta los hilos). Para aumentar la sensibilidad del aparato, aumente el valor de R1 conectando dos resistores de 22 M en serie o incluso tres. Comprobado el funcionamiento, es sólo usar el aparato: para ello acerque al sensor los objetos para los que desea saber si están o no cargados de electricidad estática. F
Lista de material
Semiconductores:
Q1 - BF245 - transistores de efecto de campo
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 10 Mohms - rojo, rojo, verde
R2, R5 - 10 kohms - marrón, negro, naranja
R3, R4 - 1 kohms - marrón, negro, rojo
P1 - 10 kohms - trimpot P2 - 47 kohms - potenciómetro lin o log
Varios: M1 - 0 -1 mA - instrumento indicador - ver texto S1 - Interruptor simple B1 - 6 o 9 V - 4 pilas pequeñas o batería X1 - sensor - ver texto Placa de circuito impreso, soporte de pilas o conector de batería, caja para montaje, botón para el potenciómetro, hilos, soldadura, etc.
