PROYECTO DE ELECTRICIDAD
Objetivo:Demostrar como es el funcionamiento del generador de van de graaff cuales son los usos que se le podrian dar a este generador
Generador de Van der Graff
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.
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.
El rodillo induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas
del “peine” metálico.
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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 conductor -efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento electrico negativo. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras moléculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa . |
Las cargas eléctricas negativas (moléculas de aire con carga
negativa) adheridas a la superficie externa de la correa se desplazan hacia
arriba. Frente a las puntas inferiores el proceso se repite y el suministro
de carga está garantizado.
La carga del rodillo inferior es muy intensa porque la carga que se forma
al rozar queda acumulada y no se retira, mientras que las cargas depositadas
en la cara externa de la correa se distribuyen en toda la superficie, cubriéndola
a medida que va pasando frente al rodillo. La densidad superficial de carga
en la correa es mucho menor que sobre el rodillo.Por la cara interna de la correa van cargas opuestas a las del cilindro, pero estas no intervienen en los procesos de carga de la esfera.
Recuerda que la correa no es conductora y la carga depositada sobre ella no
se mueve sobre su superficie.
Principios en que se basa el GVG
- 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: ionización.
