1GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U.N.S. 1. INTRODUCCIÓN: El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. En el siguiente informe nuestro objetivo es que conozcan junto a nosotros, acerca de Van de Graff y su generador, el cual lleva su nombre. Con la realización de este aparato de una manera práctica y sencilla por medio de la observación y manejo de este experimento realizado con ese mismo objetivo. Trataremos de explicar con los principios de la electrostática y el voltaje. Mediante esta presentación esperamos dejar en claro su estructura y funcionamiento, también apreciaremos el procedimiento y los resultados obtenidos. Para eso mas adelante nombraremos los materiales que necesitamos para hacer dicho trabajo. Por medio del siguiente trabajo también creemos que podremos comprender y aprender más sobre las propiedades de un generador de van de Graaf, además conocer los significados de cada palabra relacionada en este tema. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual que con el motor. frente a la correa. En este modelo el motor externo sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por contacto. 3. . con un generador externo de voltaje (un aparato diferente conectado a la red eléctrica y que crea un gran voltaje) El que se basa en el efecto de electrización por contacto. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. MARCO TEÓRICO: El generador de Van der Graff. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. OBJETIVOS: Comprender el funcionamiento del Generador de Van de Graaff.N. 2. Verificar si ciertos cuerpos están cargados. Aislar un cuerpo de los efectos de un campo eléctrico. GVG. Observar fenómenos de atracción y repulsión eléctrica. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga.2 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U.S. Existen dos modelos básicos de generador: El que origina la ionización del aire situado en su parte inferior. al conductor hueco A. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación.3 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. En la figura. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. El generador de Van de Graaff es muy simple. dos poleas. una correa o cinta. se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday). está sostenido por soportes aislantes de plástico. se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando más y más hasta conseguir una gran carga. consta de un motor. En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cúpula donde. están situados a la altura del eje de las poleas. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico. transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica.N. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta. . Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos.S. dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta. por efecto Faraday. En primer lugar. Ahora explicaremos como adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esférico. ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor Supongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera un carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario. tal como se ve en la figura. Funcionamiento del generador de Van de Graaff Hemos estudiado cualitativamente como se produce la electricidad estática. se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie del polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. . Sin embargo. cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores.4 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U.N.S. la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta. Pero la cinta se mueve hacia arriba.S. Se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan. No puede estar cargada positivamente. pero en medio del camino se encuentra la cinta.5 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. y el proceso comienza de nuevo. a la altura de su eje.N. Campo producido por un conductor esférico de cargado. El teorema de Gauss afirma que el flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada es igual al cociente entre la carga en el interior de dicha superficie. . cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica). y se depositan en su superficie. creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. mientas que la batería es un generador de voltaje constante.6 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. La aplicación del teorema de Gauss requiere los siguientes pasos: Generador Van de Graaff El generador del Van de Graaff es un generador de corriente constante. . y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta. El generador de Van de Graaff es muy simple.S.N. dos poleas. una correa o cinta y dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre. lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. Consideremos una esfera hueca de radio R cargada con una carga Q. consta de un motor. Tiras de papel. MATERIALES: Generador de Van de Graff. Un depósito de plástico con papel picado.S. . U.N.7 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF 4. U.8 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF Aguja de descarga de alambre de cobre. Vela y fósforo. Infusión de té. .N. Bola metálica. Aceite de cocina.S. U.N. La bola metálica. PROCEDIMIENTO: El acercamiento de la esfera de descarga.S. . La tiras de papel.9 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF 5. Las bolitas de tecnopor. . El depósito de plástico con papel picado.10 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. El mechón de pelo.S.N. 11 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF La aguja de U. descarga y una vela prendida.N. .S. El aceite de cocina y el té en un depósito de plástico. esto se debe a que todas las tiras de papel adquieren la misma polaridad eléctrica. ESFERA ENVUELTA DE PAPEL ALUMINIO .12 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. no se notó claramente el soplido de la llama. es decir que todos son negativos y como son negativos.N. se repelen y por eso las tiras están distantes de cada una. es decir. no tenía mucho voltaje. RESULTADOS: TIRAS DE PAPEL Las tiras de papel se levantan. 6. VELA CON EL ALAMBRE DE COBRE Como el campo eléctrico que había en el generador no fue demasiado.S. N. la BOLITAS DE PLUMA FON mayoría de las esferitas son rechazadas y algunas se quedan fijadas al generador . observamos que las partículas del filtro se aproximan alrededor de la esfera. se carga en forma negativa al igual que el generador.S. es por eso que se repelen y la esfera rebota cada vez que choca con el generador. que en el recipiente de plástico todo va tener una carga eléctrica igual. . ya que está suponiéndose que es una carga eléctrica. es decir . son rechazadas debido a que obtienen el mismo potencial y otras son adheridas debido a que hay exceso de carga en la esfera de van de graaf . Al acercar la esfera. las partículas de filtro forman las líneas de campo eléctrico. Al echar las esferitas al generador .13 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. ACEITE Y EL FILTRANTE Al colocar la esfera de papel aluminio (que está conectado a un conductor que transporta las cargas eléctricas desde el generador) al recipiente con aceite y el filtro. PAPEL PICA PICA Los papelitos pica pica salen esparcidos en el aire debido a que todos tienen la misma carga y al tener la misma carga se repelen . Se demostró la existencia de las líneas equipotenciales que delimitan el campo eléctrico En el experimento del té con el aceite el cual al transmitirle la energía producida por el generador de van der Graf este alineo las semillas de té.S. de V0 volt. dentro de la columna de la máquina. Al pegar el alambre de cobre en el generador y aproximar la llama de la vela. hay un campo eléctrico dirigido hacia abajo. 7. con ello se demuestra la presencia del campo eléctrico. el origen de la fuerza electromotriz en un circuito de corriente continua es cierto mecanismo que transporta portadores de carga en sentido opuesto al que el campo eléctrico intenta moverlos. Con cualquier movimiento mantenido hallamos corriente en la resistencia externa. DISCUSIONES: Edward M. . bajo sus condiciones. disipándose allí energía.N. de tal forma que se observara las líneas de campo alrededor de la carga.14 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. pero no fueron totales debido a la baja intensidad de corriente del generador de van der Graf. Este generador de van der Graf es efectivamente una batería con una fuerza electromotriz. Un generador electrostático de van der Graf es un ejemplo a gran escala. además. se observa que la llama es como soplada es por el gran campo eléctrico que se libera la punta del alambre de cobre y con esto se denota la propiedad que los campos eléctricos siempre tienden a salir por las puntas y sopla a la llama. Purcell en su libro electricidad y magnetismo. que circula en el sentido del campo eléctrico E. al repetir este proceso se observa como la esfera rebota de un polo a otro.N. Este generador no necesita de una aporte de cargas desde el exterior para el inicio de su funcionamiento 1. Efecto de puntas: ionización En los experimentos de laboratorio se observó los principios del generador como por ejemplo: Se trabajó con la transmisión de cargas negativas del generador hacia los otros cuerpos provocando repulsión entre el generador y el cuerpo del exterior. Si colocamos un recipiente pequeño de plástico sobre el generador con pequeños trozos de papel. Electrización por frotamiento –triboelectricidad2. El "mechón de papel" se inserta en la parte superior de la cúpula para demostrar el efecto de la carga electrostática sobre filamentos. al hacer caer bolitas de tecnopor sobre el generador las que son adheridas son debido al exceso de carga sobre el generador y las que son expulsadas es por la diferencia de carga equipotencial.S. por ello se repelen.15 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. Faraday explico la transmisión de carga a una esfera hueca 3. Las bolitas de tecnopor. Si aproximamos una mano a la esfera hacemos que esta se descargue. lo que ocasiona que se acerque al generador lo que la carga negativamente de nuevo repeliéndola como en un principio. Inducción de carga. estos papeles se cargan negativamente y salen esparcidos fuera del generador por tener la misma carga. Al aproximar una esfera forrada de papel aluminio. . la esfera en un primer momento se cargó de cargas negativas. Cuando conectamos el generador las tiras de papel del mechón se separan al cargarse separándose de la cúpula y entre ellos a causa de "la repulsión de cargas de igual signo". el generador de van der Graf también está cargado negativamente. El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. lo que ocasiona el cambio . Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los cinco mega voltios.N. Se demostró la presencia de campo eléctrico alrededor de los objetos electrizados. el generador van der graff tiene una capacidad de voltaje. CONCLUSIONES: Cuando se transfiere carga a una esfera tocando en su interior.16 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. Según lo observado en el laboratorio. toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. el cual si es pasado del límite. El generador van der graaff es un generador de corriente constante. mientras que el motor es un generador de voltaje constante. esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear. 8. el cuerpo que recibe la descarga regresa el voltaje mediante la unión que tienen ambos produciendo esta descarga continuamente.S. Con los experimentos realizados en el laboratorio se demostró los principios con los cuales trabaja el generador van der Graf. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X. Lo que indica que la esfera esta sobrecargada negativamente lo que hace que se produzca la chispa. al acercarle otra esfera este produce una descarga eléctrica generando una chispa entre ambas esferas a una cierta distancia. Paul. Editorial reverte. España.A. “Fisica 3: fundamentos de la electrostática”. de la intensidad. Pallas.N. Colombia.A. México. Año 1981.S. Año 1998. México. “Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería”. Editorial Pearsos Educacion. Año 2006.17 GENERADOR DE VAN DER GRAAFF U. “Fisica: principios con aplicaciones”. Barcelona. Quinta edición. Año 2001. Fernando. David. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Castillo. Editorial Addison Wesley. . Pérez. S. en si podemos decir que la electricidad estática se da cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. Año 2006. México. “Interferencias electromagnéticas”. Editorial Ingoprint. España. ”Fisica para la ciencia y la tecnología”. Pedro. Víctor. Olguín. Editorial Umbral S. Juan. Sánchez. Año 2005. Editorial Reverte.”electricidad industrial”. Fernández. La banda es la que va adquiriendo energía la cual la lleva hasta la parte superior en donde se encuentra la esfera y es ahí donde se va acumulando la energía estática 9.