Generador Van Der Graff

Hace más de 25 siglos el hombre tuvo un glorioso despertar. Fue cuando

aparecieron las primeras personas que se cuestionaron que todo lo que le rodeaba se

debía a algo más que una deidad divina, a pesar de la hostilidad hacia las nuevas ideas.

Ya en el siglo 6 a.C hubo una gran revolución en el pensamiento, se empezó a alegar

que el Universo era conocible, se observaba que existían ciertas reglas en la naturaleza

que permiten descubrir sus secretos, el cosmos. Tales de Mileto fue el primero en

enfocar que el mundo no había sido hecho por los dioses, sino por el resultado de

fuerzas materiales que interactuaron. La inquietud del hombre, su ambición por

conocer más y más nos han llevado a experimentar e investigar todo aquello que nos

rodea. Desde algo tan simple como la caída de una manzana, hasta el experimento más

sofisticado, pueden darnos respuestas y hacer que comprendamos mejor lo que somos,

lo que vemos y en mundo en el que nos encontramos. El hacer llegar estos

conocimientos y las experiencias que nos enseñan llegar a ellos, es una tarea

reconfortante si se logra llegar al objetivo. Es este motivo, el que nos ha movido a

participar en este concurso enfocado a ello, a la divulgación de la ciencia. La física

forma parte de nuestro día a día, y en este campo trabajamos. Con el proyecto que

hemos decidido presentar esperamos poder explicar muchos conceptos y despertar el

interés de todo el público en general, ya que con el generador Van de Graaff se pueden

desarrollar muchas y distintas experiencias y explicarlas a distintos niveles.

Un generador de Van de Graaff es un artefacto que crea diferencias de potencial o

tensiones, produciendo por ello grandes voltajes. Su nombre viene de su creador,

Robert Jamison Van der Graaff, quien lo construyó en 1929. El sistema se basa en

fenómenos de electrización por contacto.

Para ello va a emplear una cinta móvil aislante en la cual se van a trasportar

elevadas cantidades de carga eléctrica, generadas por contacto, hacia la parte superior

donde se encuentra una esfera metálica hueca que actúa como terminal.

Las diferencias de potencial que se pueden llegar a alcanzar en un generador de

Van de Graaff moderno pueden llegar a ser de hasta 5 megavoltios.

El interés que suscita la presentación de este trabajo es su aplicación en

experimentos de física nuclear y de partículas.

¿Sabías que?...

Robert J. Van de Graaff diseñó en 1929 el generador eléctrico que llevaría su

nombre en el Instituto de Tecnología de Massachusetts con el fin de realizar

experimentos en el campo de la física nuclear. En estos experimentos se perseguía sacar

conclusiones sobre los núcleos de los átomos a partir de colisiones, para ello, era

necesario acelerar partículas cargadas, que tras alcanzar gran velocidad chocaban contra

blancos fijos.

En 1931 ya había conseguido que dicho generador alcanzara diferencias de

potencial de hasta 1 MV. Hoy día nos encontramos con sistemas pelletron que pueden

llegar a alcanzar voltajes de 25MV.

MONTAJE

El generador de Van de Graaff está constituido básicamente por un motor, una correa aislante, dos mallas de aluminio, dos semiesferas huecas de acero o aluminio donde irá acumulándose la carga que transporte la correa.

En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico.

Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta.

En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie del polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario.

Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, 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, tal como se ve en la figura.

Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje. 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, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta.

Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo.

El trabajo que hay que realizar para que una carga dq positiva pase de un lugar en el que el potencial es cero a otro en el que el potencial V es

dW=Vdq

La potencia

Algunos pasos sencillos para construir un Van de Graaff

1.- Una esfera metálica hueca, formada por dos semiesferas de acero acopladas, una de ellas tiene en su base una apertura para posibilitar el paso de la correa aislante.

2.- Soporte aislante de plástico que sostiene a la esfera por la parte superior y que se atornilla a un pié metálico.

3.- Una correa o cinta de goma (aislante) que se mueve entre dos poleas. La polea se acciona mediante un motor eléctrico.

Dos mallas conductoras de aluminio situadas muy próximas a la correa pero sin llegar a tocarla.

Las piezas se unirán. Para ello no se empleará pegamento, sino tornillos. La esfera metálica, va apoyada sobre el soporte de plástico sin necesidad de

otra sujeción.

Descripción de las piezas empleadas y coste

La finalidad de este trabajo es demostrar cómo se puede construir un generador Van der Graaff de bajo coste a partir de piezas cotidianas fáciles de adquirir y reciclando materiales

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