Inside the Theater of Electricity

Transcript

JONATHAN: From the Museum of Science in Boston, this is Pulsar, a podcast where experts answer questions from you, our audience. I'm your host, Jonathan Fanning, and today we're going to be answering some of the many questions we received about our Theater of Electricity, with our expert Jeannine Madrid.

Jeannine is the museum's Assistant Manager of Education Programs. And, is it fair to say our resident Theater of Electricity czar?

JEANNINE: I guess that's pretty fair to say. I share the responsibilities of maintaining the theater with two other people, but I'll take the title.

JONATHAN: All right, fantastic. So just to begin with, for those who are unfamiliar, what is a lightning show that occurs in our theater of electricity? What are sort of the major components of it?

JEANNINE: Well, our shows in our Theater of Electricity are, but I just wanna say they're awesome. They're big, they're bright, they're loud.

And they're big, and bright, and loud because we are making giant lightning bolts with a Van de Graaff generator that is three stories tall. That is the thing you see when you walk into the space and it dominates the entire theater. It's two 22-foot wooden columns that are topped with two 15-foot aluminum, we call them domes but they look like giant spheres.

And they make lightning bolts that are 10 to 15 to even 20 feet long. Besides that piece of equipment, we also have three very large Tesla coils that can make sparks that are between five and eight feet long. And all that together really makes the theater kinda look like just a indoor lightning storm.

JONATHAN: Yeah, so our first question from a listener, Justin, is do any other science museums have this sort of setup with this massive Van de Graaff generator doing shows like this or is it unique to our facility?

JEANNINE: It is pretty unique in the world. There are museums that have Van de Graaffs, but they're nowhere near the size of ours.

There are museums that have Tesla coils, but no one has the combination that we do. And no one runs shows as often as we do. We do shows everyday, multiple times a day, and we really get a lot of use out of our theater.

JONATHAN: Fantastic, and we have another question from Naomi, who's wondering what happens inside the machine during the show, cuz I know we have a whole basement area, but you can actually climb up into those generators.

So what's occurring when we're producing these massive ten foot lightning bolts?

JEANNINE: So the giant Van de Graaff generator, like I said, it's two wooden columns and then two metal domes on top. Inside one of the columns are three big 60 horsepower motors that are attached to big rubber canvas belts that are on rollers, and the rollers are in the basement, there are three of them, and then there are three more at the top.

So the rubber belt is a giant loop between upstairs and downstairs. What we're doing is when we turn on the machines, those motors start up and spin the belts really fast, close to 60 miles an hour. Once the belts are spinning, then we're taking electric charges and pushing them on to the belts in the basement.

The charges we're putting onto the bottom of the belts are negative charges. And those negative charges, as they move with the belts upstairs, are being pulled away from positive charges in the basement. And it's that physical work of pulling the charges away from the positive charges that give those negative charges a lot of energy.

At the top, those negative charges are taken off the top of the belts and put on to those metal domes. And once they're on the metal domes, sit up there until there's enough of them to push through the air around the machine. And once they start pushing through the air, that's when we get a big lightning bolt.

JONATHAN: So if you were inside of the Van de Graaff during that, what would that look or feel like?

JEANNINE: Two places you can be, and be safe. You could be in the basement, which has a door between where the bottom of the belts are and those motors I was describing.

So that door's closed and you can stand there and watch the motors run. You will hear motor starting up, if you turn the lights off, you will see a soft blue glow underneath where those belts are, where their comb, where the charge is first being put in there, then it's being attracted to the belt.

The other place you can watch safely is all the way upstairs. So the second column is empty except for a big ladder. The ladder is like 32, 33 feet long. And it's one long, very long ladder.

JONATHAN: And wobbly.

JEANNINE: And a little bit wobbly, a little bit shaky, especially in the middle.

As you get up there, you get all the way up the ladder, and then you step off, and then you're inside those domes. The domes are aluminum, but they're only three quarters of an inch thick. So there's a floor up there. There are all the other pieces of equipment upstairs.

And once you get up there, you can safely watch things. There's a lot more vibration upstairs. And of course you're much closer to where the lightning bolts are coming off the dome. So, you get this loud bang that kind of vibrates and ricochets in the sense that the sound is echoing through the room.

That's pretty impressive.

JONATHAN:Yeah, for sure. So this is a question from Nikki. Putting all of that together, how do we actually write shows and how do we sort of script them? What are we trying to accomplish when we put these lightning shows together?

JEANNINE: Each educator tasked with figuring out how to meet our educational goals.

So trying to get across is one of the properties of the electric force. We're also trying to get across how lightning and electricity are related. And the other things we're looking at is electromagnetic properties. And then of course, we're thinking about how to stay safe in a lightning storm.

So those are some of our educational goals. Each educator is then free to figure out what demonstrations they wanna use to show off and highlight and demonstrate these different aspects of the goals. And then of course, the show has to be fun. We're trying to make the show as heavenly and as entertaining as we can.

JONATHAN: And then shifting away from sort of some of the overall pieces and getting into some of the very specific technical aspects of the show, we have a series of related questions. How much power does the generator draw when running, and where do we get and store all of that power during the lightning show?

And I think you can answer this, both from the Van de Graaff generator perspective, but also our Tesla coils.

JEANNINE: Yeah, it's surprising. The theater is run off the Cambridge power grid, so there's nothing really special about the power coming into the building for this show. In the basement for the Van de Graaff, we do have a 30,000 volt power supply, but that's plugged into the wall.

And the wall socket there is 200 volts, 20 amps. So something a little bit beefier than your dryer at home might run off, but nothing too amazing. And it's that 30,000 volt power supply that starts us off and then being able to generate the power we need. Now the Van de Graaff in the end produces over a million volts, but it's really the work we're doing against the pull of attraction of the charges in that bit that gets us to that big voltage.

For the Tesla coils, again, we're starting off with pretty normal voltages and amperages, 200 volts, maybe 30 amps and that has a giant transformer on the spark gap coil has a big transformer on the outside 15 kilovolts and that feeds into our primary coil which ends up being also 15 kilovolts and being able to produce 700,000 volts at the end of that run for the spark gap coil.

JONATHAN: Yeah, and for those who are unfamiliar, what is a spark gap? How is that actually creating that sort of electrical potential?

JEANNINE: The Tesla coil, there are lots of different kinds. But the spark gap coil, it starts with, that transformer and then that transformer feeds into a capacitor, and that capacitor feeds into the primary coil.

And the coil is just what you think it might be, it's a coil of wire. For our spark gap coil, it's made of copper flashing and it's goes round, and round, and round. And the primary coil is connected magnetically to a secondary coil, and the secondary coil is also wire.

And two coils, basically the primary coil induces current in the secondary coil and they go back and forth in this magnetic electric dance, I call it. And once they've, that back and forth, and they produce a giant spark. So, the coil you can think of it as a big resident transformer.

It transforms electricity, but it works with residents and they're also quite beautiful when the sparks come out of them.

JONATHAN: And so our final question today comes from Daniel. Does the Museum of Science offer other sort of electricity shows in the Theater of Electricity?

JEANNINE: Well that's what we do most of the time.

In the past we have done other things. We've tried various forms. We've tried shorter shows, ten-minute shows. We've tried 15-minute shows. We've done longer shows, 45-minute shows, 20-minute, 25-minute shows. For our current audiences the best, but we also do things in the evening, special events. So special events might be even just very short, ten minutes of just making lightning.

But for most of the time, for our public audiences it is the longer big, and we try to use as many pieces of equipment we can try to make as many lightning bolts as we can.

JONATHAN: Awesome, well, thank you for taking the time to answer some questions.

JEANNINE: Thank you, that was great.

JONATHAN: And thank you to our listeners. If you'd like to have one of your questions answered by a visiting expert, you can email them to sciencequestions@mos.org. And if you enjoyed this episode of Pulsar, please visit www.mos.org/sciencematters to support MOSatHome. That's it for this episode of Pulsar. Join us again soon.

JONATHAN: Desde el Museo de Ciencias de Boston, esto es Pulsar, un podcast donde expertos responden a las preguntas de nuestra audiencia. Soy su anfitrión Jonathan Fanning, y hoy vamos a responder algunas de las muchas preguntas que hemos recibido sobre nuestro Teatro de la Electricidad, con nuestra experta Jeannine Madrid.

Jeannine es la subdirectora de los programas de educación del museo, y, ¿es justo decir nuestra zar residente del Teatro de la Electricidad?

JEANNINE: Creo que es justo decirlo, comparto las responsabilidades de mantener el teatro con otras dos personas, pero asumo el título.

JONATHAN: Muy bien, fantástico. En principio, para aquellos que no están familiarizados, ¿qué es el espectáculo de rayos que tiene lugar en el Teatro de la Electricidad?

¿Cuáles son algunos de sus principales componentes?

JEANNINE: Bueno, nuestros espectáculos del Teatro de la Electricidad son, sólo quiero decir que son increíbles. Son grandes, brillantes, ruidosos. Y son grandes, brillantes y ruidosos porque hacemos rayos gigantes con un generador Van de Graaff que tiene tres pisos de altura. Eso es lo que se ve al entrar en el espacio y domina el teatro entero.

Son dos columnas de madera de 22 pies que están rematadas por dos cúpulas de 15 pies de aluminio que parecen esferas gigantes. Y producen rayos de 10 a 15 pies, y hasta de 20 pies de largo. Además de ese equipo, también tenemos tres bobinas de Tesla muy grandes que pueden producir chispazos de entre cinco y seis pies de largo.

Y todo eso hace que el teatro realmente parezca una tormenta eléctrica bajo techo.

JONATHAN: Claro. Nuestra primera pregunta de un oyente, Justin, ¿hay algún otro museo de ciencia que posea esta clase de equipamiento, este generador Van de Graaff masivo, que haga espectáculos como este o es exclusivo de nuestras instalaciones?

JEANNINE: Es bastante particular en el mundo. Hay otros museos que tienen generadores Van de Graaff, pero ni se acercan al tamaño de los nuestros. Hay museos que tienen bobinas de Tesla, pero nadie tiene la combinación que tenemos nosotros. Y nadie hace espectáculos tan a menudo como nosotros. Hacemos espectáculos todos los días, varias veces al día, y realmente le damos mucho uso a nuestro teatro.

JONATHAN: Fantástico. Tenemos otra pregunta de Naomi, quien se pregunta qué pasa dentro de la máquina durante el espectáculo, porque sé que tenemos toda un área de sótano, pero en realidad se puede subir a esos generadores. Entonces, ¿qué está pasando cuando producimos esos rayos enormes de tres metros?

JEANNINE: El generador gigante de Van de Graaff, como dije, son dos columnas de madera con dos cúpulas de metal en la punta.

Dentro de una de las columnas hay tres enormes motores de 60 caballos de fuerza unidos a grandes cintas de lona de goma que están sobre rodillos, y estos rodillos están en el sótano, hay tres de ellos, y luego hay tres más encima. Entonces la cinta de goma es un enorme bucle entre la parte de arriba y la de abajo.

Lo que hacemos es que al encender las máquinas, estos motores arrancan y hacen girar las cintas muy rápido, casi a 100 kilómetros por hora. Una vez que las cintas están girando, tomamos cargas eléctricas y las empujamos a las cintas en el sótano. Las cargas que colocamos en la parte inferior de las cintas son negativas.

Y esas cargas negativas, mientras se mueven con las cintas hacia arriba, están siendo alejadas de las cargas positivas en el sótano. Y ese trabajo físico de alejar las cargas negativas de las positivas es lo que le da a esas cargas negativas mucha energía. En la parte superior, esas cargas negativas son retiradas de la parte superior de las cintas y colocadas en esas cúpulas metálicas.

Y una vez que están en las cúpulas, se acumulan hasta que haya suficientes de ellas para saltar por el aire alrededor de la máquina. Y una vez que empiezan a salir por el aire, allí es cuando obtenemos un gran rayo.

JONATHAN: Así que si estuvieras dentro del generador en ese momento, ¿cómo se vería o sentiría?

JEANNINE: Hay dos lugares en los que puedes estar a salvo, puedes estar en el sótano, que tiene una puerta entre donde está la parte inferior de las cintas y esos motores que describí. Esa puerta está cerrada, así que puedes pararte allí y ver los motores funcionar. Escucharás los motores arrancar, si apagas las luces, verás un suave resplandor azul debajo de donde están esas cintas, donde se doblan, donde la carga se coloca inicialmente, que está siendo atraída a la cinta.

El otro lugar en el que puedes ver con seguridad está arriba de todo. La segunda columna está vacía excepto por una enorme escalera. La escalera tiene alrededor de 32, 33 pies de largo. Y [RISAS] es una escalera muy larga.

JONATHAN: E inestable.

JEANNINE: Un poco inestable, un poco temblorosa, especialmente en el medio.

Una vez que llegas allí, subes hasta la cima de la escalera, luego te bajas y estás dentro de una de las cúpulas. Las cúpulas son de aluminio, pero sólo tienen 2 centímetros de espesor. Así que allí hay un piso, está el resto del equipamiento allí. Una vez que estás allí arriba, puedes mirar de manera segura.

Hay mucha más vibración arriba, y por supuesto estás mucho más cerca de donde los rayos salen de las cúpulas, así que tienes este ruido fuertísimo que vibra y rebota, en el sentido que el sonido resuena en la habitación. Es bastante impresionante.

JONATHAN: Sí, por supuesto. Esta es una pregunta de Nikki, Juntando todo eso, ¿cómo escribimos los espectáculos y cómo hacemos el guión?

¿Qué intentamos lograr al realizar estos espectáculos de rayos?

JEANNINE: Cada educador tiene la tarea de determinar cómo cumplir con nuestros objetivos educativos. Lo que se intenta enseñar son las propiedades de la fuerza eléctrica. También queremos enseñar cómo los rayos y la electricidad están relacionadas entre sí. Y otras cosas que vemos son las propiedades electromagnéticas.

Y luego por supuesto, pensamos cómo estar a salvo durante una tormenta eléctrica. Esos son algunos de nuestros objetivos educativos. Entonces cada educador es libre de determinar cuáles demostraciones quieren usar para mostrar, destacar y demostrar estos diferentes aspectos de los objetivos. Y por supuesto el espectáculo tiene que ser divertido.

Intentamos que los espectáculos sean lo más intensos y entretenidos como podamos.

JONATHAN: Alejándonos de los aspectos generales y adentrándonos en los aspectos técnicos del espectáculo, tenemos algunas preguntas relacionadas. ¿Cuánta energía necesita el generador cuando funciona? ¿Y de dónde obtenemos y almacenamos esa energía durante los espectáculos? Creo que puedes responder esto tanto desde el punto de vista del generador Van de Graaff como de las bobinas Tesla.

JEANNINE: Sí, es sorprendente, el teatro funciona con la red eléctrica Cambridge, por lo que no hay nada muy especial sobre la energía que ingresa al edificio para el espectáculo. En el sótano para el Van de Graaff tenemos una fuente de alimentación de 30000 voltios, pero está conectada a la pared.

Y el enchufe de la pared es de 200 voltios, 20 amperios. Así que es un poco más fuerte que lo que la secadora en casa necesita, pero nada demasiado increíble. Y es esa fuente de alimentación de 30000 voltios la que nos inicia y luego es capaz de generar la energía que necesitamos.

El Van de Graaff al final produce más de un millón de voltios, pero en realidad es el trabajo contra la atracción de las cargas lo que nos lleva a ese voltaje enorme. Para las bobinas Tesla, también, empezamos con voltajes y amperajes bastante normales, 200 voltios, tal vez 30 amperios, y ellas tienen un transformador enorme, el chispero de la bobina tiene por fuera un transformador grande de 15000 voltios que alimenta nuestra bobina principal, que también termina siendo de 15000 voltios y puede producir 700000 voltios al final del circuito de la bobina de chispero.

JONATHAN: Y para aquellos que no están familiarizados, ¿qué es un chispero? ¿Cómo crea ello esa especie de potencial eléctrico?

JEANNINE: Hay muchos tipos de bobinas Tesla. Pero la bobina de chispero, comienza con ese transformador, el cual alimenta un capacitor, y ese capacitor alimenta la bobina principal. Y la bobina es justo lo que piensas, una bobina de alambre.

Nuestra bobina de chispero está hecha de tapajuntas de cobre y la envuelve alrededor varias veces. Y la bobina principal está conectada magnéticamente a una bobina secundaria, la cual también es de alambre. Y las dos bobinas, básicamente la bobina primaria induce corriente en la bobina secundaria y van y vienen en esta danza magnética eléctrica, como la llamo.

Y una vez que han ido y venido producen una chispa gigante. Así que pueden pensar en la bobina como un enorme transformador residencial. Transforma la electricidad, pero trabaja con la electricidad residencial y son también muy hermosos cuando las chispas salen de ellos.

JONATHAN: Y nuestra pregunta final es de Daniel. ¿El Museo de Ciencia ofrece otro tipo de espectáculos de electricidad en el Teatro de la Electricidad?

JEANNINE: Eso es lo que hacemos la mayor parte del tiempo. Antes hicimos otras cosas, intentamos varios formatos, intentamos espectáculos más cortos, de 10 minutos, intentamos espectáculos de 15 minutos, hicimos más largos también, de 45, de 20, de 25 minutos, el mejor para nuestro público actual, pero también hacemos cosas por la noche, eventos especiales.

Los eventos especiales pueden ser muy cortos, 10 minutos de sólo hacer rayos. Pero la mayor parte del tiempo, para nuestro público es el más largo y grande, e intentamos usar todo el equipamiento posible para intentar hacer tantos rayos como podamos.

JONATHAN: Magnífico, te agradezco por tomarte el tiempo para responder algunas preguntas.

JEANNINE: Gracias a ti, fue genial.

JONATHAN: Y gracias a nuestros oyentes. Si quieres que una de tus preguntas sea respondida por un experto visitante, puedes mandarlas por correo electrónico a sciencequestions@mos.org Y si disfrutaron este episodio de Pulsar, pueden visitarnos en www.mos.org/sciencematters para apoyar el Museo de Ciencias en casa. Eso es todo por este capítulo de Pulsar. Nos vemos pronto.