En congruencia con mi intención por promocionar las Ciencias Naturales para sumar voluntades hacia la investigación por vía de la formación del talento humano docente en las nuevas generaciones, acudí nuevamente al principio de interdisciplinariedad y cooperación, para conocer uno de los instrumentos básicos en los estudios científicos, en cuanto a la transducción analógica electromecánica: El Galvanómetro. Dado que Galvani es el padre de la Neurofisiología, una temática de interés en los estudios de Anatomía y Fisiología animal y humana, vengo a proponerles una forma interesante de describir esta experiencia pionera, mediante un sencillo montaje que permite denotar de forma experimental los componentes principales y el accionar de un galvanómetro a través de un protocolo de laboratorio. Se los presento de manera gráfica con ilustraciones, textos sencillos y un Video Tutorial inédito, donde mi colega del área de Física Howar Cordero, se esmera en detallar para nosotros, cada paso a seguir para que la experiencia resulte atractiva, tanto para quienes ya conocen el instrumento, como para aquellos que vivencian por primera vez esta experiencia. Además, al final del post les propongo un reto académico-investigativo, que con seguridad asumirán de forma inmediata mediante una participación activa.

General

Demostrar el principio básico de un Galvanómetro de bobina móvil e imán fijo

Específicos

• Identificar las partes de un Galvanómetro
• Comprender el funcionamiento de un Galvanómetro de bobina móvil e imán fijo
• Observar el comportamiento del Galvanómetro de bobina móvil e imán fijo al invertir las polaridades.
• Establecer la relación entre las experiencias de Galvani y las Ciencias Biológicas
  
  

Información Referencial Básica

El galvanómetro fue nombrado por el físico italiano Luigi Galvani. La documentación revela que durante la disección de ancas de una rana, se encontró con que esta se contrajo de forma repentina cuando dos metales diferentes (escalpelo o bisturí) se tocaron. Ver Imagen de Ancas de Rana en mayor tamaño FUENTE de la Imagen Principal


Esta experiencia asociada al nervio ciático, elevó el interés por los fenómenos eléctricos en los seres vivos, a lo cual Galvani le llamó en principio fuerza vital, y trae a referencia el galvanoscopio. Sin embargo, se indica que Alessandro Volta mejoró la teoría y los resultados de Galvani, llevándole hacia otros derroteros y a la invención de las células químicas y baterías. Ver Imagen de Galvanoscópio de Rana en mayor tamañoFUENTE dela Imagen Principal

El galvanómetro se construye utilizando bobinas sobre muelles, una aguja y un imán estacionario. Cuando la corriente fluye por las bobinas, la aguja se desvía. Dicha desviación es proporcional a la cantidad de corriente. Las modificaciones en un galvanómetro permiten obtener amperímetros o voltímetros.

Para construir un galvanómetro se requiere de una aguja indicadora conectada por un resorte espiral al eje de rotación de una bobina rectangular plana, suspendida entre los polos opuestos de un imán fijo. En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, para propiciar la concentración de las líneas de inducción magnética. En esas condiciones, la corriente circulante, produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que esta rote, induciendo consigo a la aguja anexa a su eje. La aguja se desplaza indicando, en una escala, la intensidad de corriente que circula por la bobina. Cuando se interrumpe el paso de corriente, el resorte espiral posibilita que la aguja regrese a su posición original. Para la comprensión didáctica de las magnitudes y parámetros involucrados, se sigue la regla de la mano derecha, tal y como se muestra en la siguiente imagen

FUENTE de la Imagen Principal

Otras Consideraciones

Hans Oersted en 1820, fue quien incursionó en la descripción de la desviación de las agujas de una brújula magnética mediante la corriente en un alambre. Sin embargo, los primeros galvanómetros los describió Johann Schweigger, en tanto que André-Marie Ampère - físico francés- también contribuyó a su desarrollo. Los diseños iniciales incrementaron el efecto del campo magnético mediante embobinados.

En principio, los galvanómetros tomaron como base el campo magnético de la tierra a parte de proporcionar la fuerza de restablecimiento de la aguja en la brújula (galvanómetros "tangentes"), debiendo ser orientados atendiendo al campo magnético terrestre, antes de usarlos. Luego, los instrumentos estáticos emplearon imanes en oposición, logrando independizarse del campo magnético de la Tierra, para poder ser utilizados en diversas orientaciones.

Otra importante consideración, es el hecho que la capacidad de medición cuantitativa del voltaje y de la corriente en los galvanómetros, posibilitó a Georg Ohm formular la Ley de Ohm, estableciendo la proporcionalidad entre el voltaje que atraviesa un conductor y la corriente que pasa a través de él.

El galvanómetro de imán móvil pionero, tenía la desventaja de poder ser afectado por cualquier imán u objeto de hierro cercano, y la no proporcionalidad lineal de la corriente que influía en la desviación de su aguja. Así fue hasta el año 1882, cuando Jacques-Arsène d'Arsonval desarrolló un dispositivo agregando imán estático permanente y una bobina de alambre en movimiento, suspendida por resortes en espiral. La concentración del campo magnético y la suspensión delicada, permitían montarlo en diferentes posiciones. Seis años después, Edward Weston desarrolló la versión comercial estándar en los equipos eléctricos.

Montaje Inicial de los Componentes Básicos

• Coloca un imán de herradura permanente sujetado a la varilla del trípode, mediante doble nueces.
• También soportados en la varilla, se colocan los bornes con aisladores. Uno de ellos a una distancia superior de 10 cm -por encima- y 10 cm por debajo del imán.
• En el centro del imán (sin tocarlo), y suspendido mediante una doble nuez, se ubica la bobina móvil.
• Los cables conectores se asocian al terminal positivo de la fuente partiendo el borne superior, en tanto que el otro cable –el inferior- se hace pasar primero por el reóstato antes de asociarlo al terminal negativo.

Activación de los Componentes en Sentido Original e Invertidos

• Enciende la fuente con la tensión indicada de 4 voltios y observa lo que le sucede a la bobina giratoria. Documenta el sentido del movimiento giratorio.
• Repite el experimento invirtiendo el sentido de la corriente.

En el Video Tutorial inédito, realizado especialmente para esta comunidad, les muestro en una entrevista con el colega Profesor Howar Cordero –docente de la especialidad de Física- el paso a paso del protocolo de laboratorio y su demostración experimental.

Fuente: reproductor del video de @tomastonyperez en youtube.com insertado por código embebido

• Un Galvanómetro de bobina móvil consiste esencialmente en un imán permanente, fijo, una bobina giratoria, y una fuerza antagonista (cinta elástica o muelle en espiral)
• El movimiento giratorio de una bobina situada en el campo de un imán permanente, es proporcional a la corriente que pasa por la bobina.
• El movimiento giratorio sirve para medir la intensidad de la corriente.
• Los Galvanómetros de bobina móvil son aplicables, únicamente, para corriente continua.
• Respecto a la asociación entre las experiencias de Galvani y las Ciencias Biológicas, es importante hacer notar que el gran interés de este científico por los hechos biológicos, por vía de la medicina, en diferentes especialidades, propició un movimiento interesante de adeptos hacia el estudio de las ciencias. De hecho, los políticos de la época respaldaron financieramente a los connotados universitarios para desarrollar sus experimentos, muchos de ellos en los campos físico, químico y biológico; quedando de esa forma catapultada la importancia de la ciencia para el desarrollo de la humanidad.

La Invitación o Reto Académico-Investigativo

Con el propósito de promocionar la ciencia y recalcar su cercanía a la cotidianidad, les invito a proponer la construcción de un galvanómetro con materiales alternativos, de uso común o de bajo costo. Sería sumamente útil que lo mostraran de manera ilustrativa con imágenes y, de pronto, con un breve video. Adicionalmente, valoraría que la experiencia condujera hacia la conexión con eventos biológicos teóricos o prácticos ( o ambos). Sus ideas y aportes serán bienvenidos.

• Hewitt, P. (2007).Física conceptual. Pearson educación. Decima Edición.
• PHYWE (1970).Catálogo de experimentos. México
• Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr. (2009). Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. CENGAGE Learning. Volumen 2. Séptima edición.
• Tórtora y Derrickson.( 2013 ). Principios de Fisiología y Anatomía. 11va edición. Editorial Harcourt Brace: Madrid.
• Moyes, C. y Schulte, P.( 2007) Principios de Fisiología Animal. 1era Edición.Editorial Pearson.Addison-Wesley.
• Ganong, W. ( 1996 ). Fisiología Médica. Decimoquinta. Edición en español. Editorial El Manual Moderno: México.
• Van de Graff, K. Y Ward Rhees, R. (1989) Anatomía y Fisiología Humanas. México: Interamericana-McGraw-Hill.