Generador De Van Der Graf

Generador de Vandergraf

Introducción

El generador de Van der Graaff es un aparato para conseguir almacenar carga eléctrica en un conductor. Fue inventado por el físico americano Van der Graaff en 1931. Se basa en la carga por frotamiento. Tiene una banda de goma movida por un motor, que arranca cargas eléctricas de un conductor conectado a tierra y las transporta a la esfera conductora superior, donde se va acumulando la carga. Si conectamos a la esfera algo poco pesado (mechón de pelo, unos copos de cereales, etcétera), al adquirir carga del mismo signo estos cuerpos se repelen y los pelos se ponen de punta, los copos salen volando. 1.Si una persona que está eléctricamente aislada (encima de una caja de plástico, por ejemplo de bebidas) toca con su mano el generador, se carga eléctricamente. Si su pelo es liso y está limpio, se pone de punta. Sale muy bien con niños pequeños con el pelo largo (su pelo es más fino). 2.Si ponemos los copos de cereales encima del generador, cogen cargas del mismo signo, y por su poco peso salen volando. Lo mismo ocurre si ponemos varios moldes de aluminio boca abajo, es decir, como si fueran sombreros.

Realización práctica

• 1. - Montamos el generador de Van der Graaff conectando la bola de descarga a la posición de tierra del generador.

• 2.- Realizamos las distintas experiencias utilizando los distintos accesorios del generador: la cubeta de Faraday, la aguja de descarga, el molinete electrostático, el mechón de pelo, la cubeta de partículas vibradoras, la punta de descarga, la lámpara de neón o fluorescente, las flaneras de aluminio y vamos observando lo que ocurre.

• 3.- intentamos explicar los fenómenos que estamos observando

Materiales

• Generador de van der graff

• Cubeta de Faraday

• Aguja de descarga

• Molinete electrostatic

• Mechón de pelo

• Unidad de "partículas vibradoras"

• Lámpara

• Flaneras individuales de aluminio

Teoría

El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. 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.

Existen dos modelos básicos de generador:

• el que origina la ionización del aire situado en su parte inferior, frente a la correa, 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. En este modelo el motor externo sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual que con el motor.

Nosotros vamos a construir y a estudiar uno de este último tipo, que coincide con los generadores didácticos que existen en los centros docentes.

En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cúpula donde, por efecto Faraday, se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando más y más hasta conseguir una gran carga.

Descripción

Consta de:

1.- Una esfera metálica hueca en la parte superior.

2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.

3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.

4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.

5.- Una correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica que no lleva componentes de carbono que la harían conductora).

6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

Funcionamiento

Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior.

Veamos el funcionamiento de uno didáctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal.

El rodillo inferior está fuertemente electrizado (+), por el contacto y separación (no es un fenómeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que está hecho y del material de la correa. Ver escala triboeléctrica.

El rodillo induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas del “peine” metálico.

El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda, ioniza el aire.

Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo en plasma.

El aire ionizado forma un plasma

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