Teledeltos

El papel Teledeltos es un papel conductor de electricidad . Está formado por una capa de carbono en una de las caras de la hoja de papel , lo que da lugar a una cara blanca y una negra. Western Union desarrolló el papel Teledeltos a finales de los años 40 (varias décadas después de que ya se utilizara para la modelización matemática) para su uso en máquinas de fax y registradores de gráficos basados ​​en impresoras Spark . ^[1]

El papel Teledeltos tiene varios usos dentro de la ingeniería que se alejan mucho de su uso original en las impresoras de chispas. Muchas de ellas utilizan el papel para modelar la distribución del potencial eléctrico y otros campos escalares .

Teledeltos proporciona una lámina de resistividad isotrópica uniforme . Como es económica y se corta fácilmente, se puede utilizar para fabricar resistencias de cualquier forma que se necesite. El soporte de papel es un aislante. Estas formas suelen fabricarse para representar o modelar ejemplos del mundo real de campos escalares bidimensionales , como un campo eléctrico u otros campos que siguen las reglas de distribución lineal.

La resistividad de los Teledeltos es de alrededor de 6 kilohmios/cuadrado. ^{[2] [i]} Esto es lo suficientemente bajo como para que pueda usarse con voltajes bajos seguros, pero lo suficientemente alto como para que las corrientes permanezcan bajas, evitando problemas con la resistencia de contacto .

Las conexiones se realizan con el papel aplicando áreas de pintura conductora cargada con plata y uniendo cables a estas áreas, a menudo con pinzas de resorte. ^{[2] [3]} Cada área pintada tiene una resistividad suficientemente baja (en relación con el carbono) y se puede suponer que es un voltaje constante. Con los voltajes aplicados, el flujo de corriente a través de la hoja emulará la distribución del campo. Los voltajes se pueden medir dentro de la hoja aplicando una sonda de voltímetro (en relación con un electrodo conocido) o se pueden medir los flujos de corriente. Como la resistividad de la hoja es constante, la forma más sencilla de medir un flujo de corriente es usar un pequeño voltímetro de dos sondas para medir la diferencia de voltaje entre las sondas. Como se conoce su espaciamiento y la resistividad, se puede determinar la resistencia entre ellas y (por la ley de Ohm ) la densidad de corriente.

Una lámina de gran tamaño en comparación con el área experimental suele ser suficiente para modelar un campo infinito. ^[3]

Aunque el modelado de campos eléctricos es directamente útil en algunos campos como el diseño de válvulas termoiónicas , ^[4] el principal uso práctico de la técnica más amplia es para modelar campos de otras cantidades. Esta técnica se puede aplicar a cualquier campo que siga las mismas reglas lineales que la ley de Ohm para la resistividad volumétrica. Esto incluye el flujo de calor, algunas ópticas y algunos aspectos de la mecánica newtoniana. No suele ser aplicable a la dinámica de fluidos, debido a los efectos de la viscosidad y la compresibilidad, o a la óptica de alta intensidad donde se hacen evidentes los efectos no lineales . Puede ser aplicable a algunos problemas mecánicos que involucran materiales homogéneos e isótropos como los metales, pero no a los compuestos.

Antes de la utilización de Teledeltos, se había utilizado una técnica similar para modelar flujos de gas, en la que se utilizaba como medio una bandeja poco profunda con solución de sulfato de cobre , con electrodos de cobre a cada lado. Las barreras dentro del modelo podían esculpirse a partir de cera. Al ser un líquido, esto era mucho menos conveniente. Stanley Hooker describe su uso antes de la guerra, aunque también señala que los efectos de compresibilidad podían modelarse de esta manera, esculpiendo la base del tanque para darle profundidad adicional y, por lo tanto, conductividad local. ^[5]

Una de las aplicaciones más importantes es el modelado térmico. El voltaje es el análogo de la temperatura y el flujo de corriente el del flujo de calor . Si los límites de un modelo de disipador de calor se pintan con pintura conductora para formar dos electrodos separados, cada uno puede mantenerse a un voltaje para representar las temperaturas de alguna fuente de calor interna (como un chip de microprocesador) y la temperatura ambiente externa. Los potenciales dentro del disipador de calor representan las temperaturas internas y los flujos de corriente representan el flujo de calor. En muchos casos, la fuente de calor interna puede modelarse con una fuente de corriente constante , en lugar de un voltaje, lo que da una mejor analogía de la pérdida de potencia como calor, en lugar de asumir una temperatura constante simple. Si el flujo de aire externo está restringido, el electrodo "ambiental" puede subdividirse y cada sección puede conectarse a una fuente de voltaje común a través de una resistencia o limitador de corriente, lo que representa la capacidad de flujo de calor proporcional o máxima de esa corriente de aire.

Como los disipadores térmicos se fabrican habitualmente a partir de perfiles de aluminio extruido , el papel bidimensional no suele ser una limitación importante. En algunos casos, como los pistones para motores de combustión interna, puede ser necesario un modelado tridimensional. Esto se ha realizado, de forma análoga al papel Teledeltos, utilizando tanques de volumen de un electrolito conductor. ^[6]

Esta técnica de modelado térmico es útil en muchas ramas de la ingeniería mecánica, como el diseño de disipadores de calor o radiadores y la fundición a presión . ^[7]

El desarrollo de modelos computacionales y análisis de elementos finitos ha reducido el uso de Teledeltos, de modo que la técnica ahora es oscura y los materiales pueden ser difíciles de obtener. ^[2] Su uso sigue siendo muy valioso en la enseñanza, ya que la técnica proporciona un método muy obvio para medir campos y ofrece retroalimentación inmediata a medida que se cambia la forma de una configuración experimental, lo que fomenta una comprensión más fundamental. ^{[3] [4]}

Los Teledeltos también se pueden utilizar para fabricar sensores , ya sea directamente como elemento resistivo integrado o indirectamente, como parte de su proceso de diseño.

Un trozo de Teledeltos con electrodos conductores en cada extremo constituye una resistencia simple. Su resistencia es ligeramente sensible a la tensión mecánica aplicada por flexión o compresión, pero el sustrato de papel no es lo suficientemente robusto como para fabricar un sensor confiable para uso a largo plazo.

Un sensor resistivo más común tiene la forma de un potenciómetro . Una resistencia larga y delgada con un voltaje aplicado puede tener una sonda conductora deslizada a lo largo de su superficie. El voltaje en la sonda depende de su posición entre los dos contactos de los extremos. Un sensor de este tipo puede formar el teclado de un instrumento musical electrónico simple como un Tannerin o un Stylophone .

Un sensor lineal similar utiliza dos tiras de Teledeltos, colocadas frente a frente. La presión en la parte posterior de una (la presión del dedo es suficiente) presiona las dos caras conductoras juntas para formar un contacto de menor resistencia. Esto se puede utilizar de manera potenciométrica similar a la sonda conductora, pero sin necesidad de la sonda especial. Esto se puede utilizar como una demostración en el aula para otro instrumento musical electrónico, con un teclado controlador de cinta , como el Monotron . Si se utilizan electrodos cruzados en cada pieza de Teledeltos, se puede demostrar un panel táctil resistivo bidimensional .

Aunque Teledeltos no se utiliza para fabricar sensores capacitivos, sus capacidades de modelado de campo también permiten su uso para determinar la capacitancia de electrodos de forma arbitraria durante el diseño de sensores. ^[2]

• Análisis de elementos finitos
• Analogía hidráulica
• Tela espacial