¿Qué es el Generador Van de Graaft?
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 megavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.
Descripción
El generador consiste en una cinta transportadora de
material aislante motorizada, que transporta carga a una esfera metalica o
terminal. La carga es depositada en la cinta por frotamiento a través del efecto
triboeléctrico. Dentro de la terminal, la carga es recolectada por una varilla
metálica que se aproxima a la cinta sin tocarla. La carga, transportada por la
cinta, pasa al terminal esférico.
Historia
Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado
inicialmente por el físico Robert J. Van de Graaff en el Instituto Tecnológico de Massachusetts alrededor
de 1929 para
realizar experimentos en física
nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar
contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos
informan de las características de los núcleos del material que constituye el
blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931
Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de
potencial de 1 megavoltio.
El generador del Van de Graaff es un generador de
corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje
constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se
conectan.
Mecanismo
El
generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una
correa o cinta y dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre, y una
esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.
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.
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.
Principios en que se basa el Generador Van De Graaff
- Electrización por frotamiento -triboelectricidad.
- Faraday explicó la transmisión de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga.
- Inducción de carga. Efecto de las puntas: ionización.
Trucos para afinar su funcionamiento
Los rodillos y la correa son el alma del generador de Van der Graff y deben ser de los materiales mas adecuados.
Según la combinación de materiales con que se hagan los rodillos inferior, correa y rodillo superior, la esfera se cargará negativa o positivamente.
Los rodillos deben ser más anchos por el centro que por los lados (abombados) para que la presión sobre la correa elástica descienda del centro a los lados y haga que esta no escape al girar.
La correa debe ser lo más fina posible para que su propia masa no la abombe al girar y la fuerza centrípeta originada no la impulse hacia los lados haciéndola oscilar.
La cinta debe ser de color claro porque las oscuras tienen carbono y esto las hace conductoras y no aislantes.
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