El Generador de Van de Graaff

EL GENERADOR DE VA VAN DE GRAAFF OBGETIVO. El generador de Van der Graff, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo electróforo de  de funcionamiento continuo.

Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el ao !"#! y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. E$isten dos modelos básicos modelos básicos de generador% •

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el &ue origina la ionización del aire situado aire situado en su parte inferior' frente a la correa' con con un gener generad ador or e$te e$terno rno de volt voltaj ajee (un (un apara aparato to difer diferent entee conec conecta tado do a la red el)ctrica y &ue crea un gran voltaje* el &ue se basa en el efecto de electrización por contacto. En este modelo el motor  e$terno sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por  contacto. +odemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual &ue con el motor.

 ,osotros vamos a construir y a estudiar uno de este -ltimo tipo' &ue coincide con los generadores didácticos &ue e$isten en los centros docentes. docentes. En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas asta la parte interna de la c-pula donde' por efecto /araday' /araday' se desplazan asta la parte e$terna de la esfera &ue puede seguir ganando más y más asta conseguir una gran carga.

 Descripción

OBGETIVOS ESPESIFICO  

 

0nvestigar la aplicación de conceptos f1sicos &ue permitan el aprendizaje delos estudiantes del grado noveno de una forma práctica y aplicada. Elaborar un proyecto para la construcción de un Generador de Van de Graaff con todos sus componentes. 2nalizar las propiedades de la energ1a y sus diferentes divisiones y composiciones. 3bservar el comportamiento de un generador y las posibles aplicaciones en la vida cotidiana

FUNMENTO TEORICO

El generador de Van de Graaff Van de Graaff inventó el generador &ue lleva su nombre en !"#!' con el propósito de  producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 45 millones de volts * para acelerar part1culas cargadas &ue se ac1an cocar contra blancos fijos. 6os resultados de las colisiones nos informan de las caracter1sticas de los n-cleos del material &ue constituye el  blanco. El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante' mientras &ue la bater1a es un generador de voltaje constante' lo &ue cambia es la intensidad dependiendo &ue los aparatos &ue se conectan. El generador de Van de Graaff es muy simple' consta de un motor' dos poleas' una correa o cinta' dos peines o terminales ecos de finos ilos de cobre y una esfera ueca donde se acumula la carga transportada por la cinta En

la

 pi) de  poleas de

las

figura' se muestra un es&uema del generador de Van de Graaff. 7n conductor metálico ueco 2 de apro$imadamente esf)rica' está sostenido soportes aislantes de plástico' atornillados en metálico conectado a tierra. 7na correa o goma (no conductora* 8 se mueve entre dos E y /. 6a polea / se acciona mediante un motor  el)ctrico. 8os peines G y 9 están ecos de ilos conductores muy finos' están situados a la altura poleas. 6as puntas de los peines están muy  pró$imas pero no tocan a la cinta

forma por   un cinta

del eje

6a rama iz&uierda de la cinta transportadora se mueve acia arriba' transporta un flujo continuo de carga positiva acia el conductor ueco 2. 2l 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. El aire ionizado proporciona el medio para &ue la carga pase de la cinta a la punta G y a

continuación' al conductor ueco 2' debido a la propiedad de las cargas &ue se introducen en el interior de un conductor ueco (cubeta de /araday*.

/7,:03,2;0E, 6a magnitud de cada una de las fuerzas el)ctricas con &ue interact-an dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia &ue las separa y tiene la dirección de

la l1nea &ue las une. 6a fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo' y de atracción si son de signo contrario. 6a fuerza de interacción entre dos cargas y duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor' la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres' y as1 sucesivamente. :oncluyó entonces &ue el valor de la fuerza era proporcional al  producto de las cargas%

6a Ley de Coulo! dice &ue ?la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es  proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia &ue las separa' y tiene la dirección de la l1nea &ue las une. 6a fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo' y de atracción si son de signo contrario@. Es importante acer notar en relación a la ley de :oulomb los siguientes puntos% a" cuando

ablamos de la fuerza entre cargas el)ctricas estamos siempre suponiendo &ue )stas se encuentran en reposo (de a1 la denominación de Electrostática*A N#$e%e &ue la fuer'a el()$r*)a e% una )an$*dad +e)$or*al, o%ee a-n*$ud, d*re))*#n y %en$*do. !" las fuerzas electrostáticas cumplen la $er)era ley de Ne$on /ley de a))*#n y rea))*#n"A es decir' las fuerzas &ue do% )ar-a% el()$r*)a% un$uale% ejercen entre s1 son *-uale% en #dulo y d*re))*#n' pero de %en$*do )on$rar*o%

F&0 1 &2 3 4F&2 1 &0

EL CAMPO ELECTRICO.

6a interacción entre cargas se puede medir de otra manera. 7na carga crea un campo eléctrico en la región &ue la rodea' y este ejerce una fuerza sobre cual&uier carga &ue se colo&ue en )l. El campo el)ctrico está presente en cada punto del espacio independientemente de &ue all1 e$ista una carga. Sin embargo' para medir el campo en

determinado punto colocamos all1 una carga y medimos la fuerza sobre ella. +ara no  perturbar apreciablemente el sistema' lo &ue colocamos es una carga de prueba positiva q0' tan pe&uea como sea posible. 2 partir de la fuerza medida sobre la carga de prueba se determina el valor del campo eléctrico en ese punto

:omo una aplicación' se calcula el campo el)ctrico iguales y de signo contrario separadas una distancia 4a $ a lo largo de la perpendicular bisectriz de la l1nea #.B. 2 esta distribución de dos cargas se le llama

producido por dos cargas en un punto +' a una distancia &ue une las cargas ver figura d*olo el()$r*)o.

LINEAS DE FUER5A.

7na buena manera de visualizar el campo el)ctrico producido por cual&uier  distribución de cargas es trazar un diagrama de líneas de fuerza en ese punto. :oncepto &ue fue introducido por ;icael /araday. 6a dirección del vector de campo el)ctrico en cada punto es tangente a la l1nea de fuerza en ese punto

En otras palabras' en cada punto la l1nea de fuerza tiene la misma dirección &ue el vector de campo el)ctrico. +uesto &ue' de ordinario' la dirección del campo var1a de un punto a otro' las l1neas de fuerza son en general curvas. se muestran las l1neas de fuerza para algunas distribuciones de carga. Se observa &ue cerca de una carga puntual las l1neas de fuerza son radiales y van dirigidas acia fuera si la carga es positiva o acia la propia carga si es negativa.

PROSEDIMIENTO. 6

E6 GE,ER283R 8E V2, 8ER GR22/ es una má&uina electrostática &ue utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga el)ctrica en el interior de una esfera metálica ueca. 6as diferencias de potencial as1 alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los cinco mega voltios. 6as diferentes aplicaciones de esta má&uina incluyen la producción de rayos C' esterilización de alimentos y e$perimentos de f1sica de part1culas y f1sica nuclear .

El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada' &ue transporta carga a un terminal ueco. 6a carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta' ya &ue la varilla metálica o peine está muy pró$ima a la cinta pero no en contacto. 6a carga' transportada por la cinta' pasa al terminal esf)rico nulo por medio de otro peine o varilla metálica &ue se encarga de producir energ1aA esto ace &ue las part1culas de energ1a &ue se encuentran dentro de la esfera al acer contacto con otro cuerpo similar (&ue  produzca energ1a* absorbe a&uella produciendo estática en el cuero capilar u otro objeto &ue est) en contacto directo. !.D 7na esfera metálica ueca en la parte superior. 4.D 7na columna aislante de apoyo &ue no se ve en el diseo de la iz&uierda' pero &ue es necesaria para soportar el montaje. #.D 8os rodillos de diferentes materiales% el superior' &ue gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje. .D 8os FpeinesF metálicos (superior e inferior* para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.

.D 7na correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica &ue no lleva componentes de carbono &ue la ar1an conductora*. B.D 7n motor el)ctrico montado sobre una base aislante cuyo eje tambi)n es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover  todo a mano.

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