FISICA GENERADOR

7/23/2019 FISICA GENERADOR

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RESUMENUna aplicacin interesante del electromagnetismo se da en el funcionamiento del

generador de Van de Graaff como se demostr en la realizacin de la prctica.

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 construy en 1929.

El sistema se basa en fenmenos de electrizacin por contacto. Para ello emplea

una cinta mvil aislante en la cual se van a trasportar elevadas cantidades de

carga elctrica, generadas por contacto, hacia la parte superior donde se

encuentra una esfera metlica hueca que acta 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 generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas,

una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una

esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

Se basa en la carga por frotamiento. La correa de goma movida por un motor

arranca cargas elctricas de un conductor conectado a tierra y las transporta a la

esfera conductora superior, donde se va acumulando la carga.

En la prctica se lleg a realizar una serie de experiencias que se pueden efectuar

con el generador construido y que fueron muy didcticas para explicar distintos

conceptos, tales como la carga, campo elctrico, jaula de Faraday, entre otros.

Si se conecta a la esfera algo poco pesado como un pompn de papel crep, o

papel picado, al adquirir carga del mismo signo estos cuerpos se repelen y las

tiras de papel se ponen de punta, los papelitos salen volando.

En esta prctica se realizaron distintos experimentos que sirvieron para conocer

el funcionamiento del generador de Van der Graaff.


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GENERADOR DE VAN DER GRAAFF

I. OBJETIVOS

Realizar una serie de experimentos con el generador de Van der Graff.

II. FUNDAMENTO TEORICO

La fsica forma parte de nuestro da a da, y en este campo trabajamos. Con

el proyecto que hemos decidido presentar esperamos poder explicar muchos

conceptos y despertar el inters de todo el pblico 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 construy en

1929. El sistema se basa en fenmenos de electrizacin por contacto. Para

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

elevadas cantidades de carga elctrica, generadas por contacto, hacia la

parte superior donde se encuentra una esfera metlica hueca que acta 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 inters que suscita la presentacin de este trabajo es su

aplicacin en experimentos de fsica nuclear y de partculas.

BREVE RESEA HISTRICA

Este tipo de generador elctrico fue desarrollado inicialmente por el fsico

Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizarexperimentos enfsica nuclearen los que se aceleraban partculas cargadas

que se hacan chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados

de las colisiones nos informan de las caractersticas de los ncleos del

material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en

octubre de 1929, y para 1931 Van de Graaff haba producido un generador

capaz de alcanzar diferencias de potencial de un mega-voltio. En la

actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar

diferencias de voltajes muy superiores al generador de Van Graaff pero
https://es.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaffhttps://es.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaffhttps://es.wikipedia.org/wiki/MIThttps://es.wikipedia.org/wiki/1929https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_nuclearhttps://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_nuclearhttps://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_nuclearhttps://es.wikipedia.org/wiki/1929https://es.wikipedia.org/wiki/1929https://es.wikipedia.org/wiki/1929https://es.wikipedia.org/wiki/MIThttps://es.wikipedia.org/wiki/MIThttps://es.wikipedia.org/wiki/MIThttps://es.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaffhttps://es.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaffhttps://es.wikipedia.org/wiki/Robert_J._Van_de_Graaff


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directamente emparentados con l. Sin embargo, en la mayor parte de los

experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas elctricas

se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleracin y

ciclotrones. Muchos museos de ciencia estn equipados con generadores de

Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenmenos electrostticos.

MONTAJE

El generador de Van de Graaff est constituido bsicamente por un motor,

una correa aislante, dos mallas de aluminio, dos semiesferas huecas de

acero donde ir acumulndose la carga que transporte la correa. A

continuacin, en la figura se muestra con ms detalle el montaje del artefacto:

Figura 01: Esquema de montaje de un generador de Van derGraaff.

Explicacin del esquema 1 Una esfera metlica 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.

2Soporte aislante de plstico que sostiene a la esfera por la parte superiory que se atornilla a un pi metlico.

3 Una correa o cinta de goma (aislante) que se mueve entre dos poleas 4y 5. La polea 5se acciona mediante un motor elctrico.

6y 7Dos mallas conductoras de aluminio situado muy prximo a la correa

pero sin llegar a tocarla.
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3n


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FUNCIONAMIENTO

Este generador no va a necesitar de un aporte de cargas desde el exterior para

el inicio de su funcionamiento. El motor va a hacer girar el rodillo de la parte

inferior que al entrar en contacto con la correa aislante va a producir una

separacin de cargas, es lo que se conoce como efecto triboelctrico. Tanto el

rodillo como la correa van a adquirir las mismas cargas pero de signo opuesto,

esto va a depender de los materiales empleados en los mismos. Para el

generador que hemos montado en nuestro caso el rodillo va adquirir carga

negativa y la correa carga positiva (ver tabla 1). El rodillo induce cargas de

distinto signo en la malla metlica inferior, el intenso campo elctrico que se

forma entre estos dos elementos ioniza el aire que los rodea. Las cargas de la

malla de aluminio no abandonan el metal, pero se forma un plasma conductor

debido al fuerte campo elctrico creado, que hace que finalmente estas cargas

se repelan (efecto Corona)

Es entonces cuando se va a formar un puente conductor para el movimiento de

cargas. El rodillo va a atraer las cargas negativas, pero la correa va a atrapar

muchas de ellas al pasar por la misma. En el rodillo la densidad de carga va a

ser mayor que en la correa ya que por esta ltima se van a extender por unamayor superficie, adems, la carga del rodillo va a ser muy intensa ya que dicha

carga va a acumularse en dicha zona. De esta forma la cinta aislante va a ir

transportando un flujo continuo de carga negativa hacia el rodillo superior. Como

el rodillo superior es de un material neutro no se va a transportar cargas en el

descenso de la correa. La carga al llegar al rodillo superior pasar a travs de la

malla conductora de aluminio que se encuentra en el interior de la esfera, se va

a creando un campo lo bastante intenso para ionizar el aire entre la malla y lacinta.

Figura 02: Esquema de la adquisicin de carga en la parte inferior

del sistema. 1 rodillo inferior. 2 corea aislante. 3 malla metlica.


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III. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. Equipo y materiales

- Generador de Van der Graaff

- Molinete electrosttico

- Mechn de pelos o de tiras

de papel

- Un depsito de plstico con

papel picado

- Aguja de descarga de

alambre de cobre

- Aceite de cocina y cajita de

t en un depsito de plstico.

- Una vela y fosforo.


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IV. PROCEDIMIENTOS

a) Se mont el generador de Van der Graaff conectando la bola de

descarga a la posicin de tierra del generador de acuerdo a como

se muestra en la siguiente figura.

FIGURA 03: Generador de van der graaff

b) Se realiz distintas experiencias utilizando los distintos accesorios

del generador : primero aproximamos nuestras manos al

generador para observar las descargas elctricas que se

producan(chispas entre generador y piel)

c) Se coloc sobre el generador de Van der Graff cintas de papel

atado y encendimos el generador.


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d) Se coloc un pedazo de hilo de cobre sobre el generador de van

der graaff, luego se encendi una vela y la aproximamos al hilo,

prosiguiendo con el encendido del generador.

e) Se aproxim una esfera cubierta con papel aluminio. Luego

aproximamos nuestra mano al otro extremo del generador.

f) Luego se coloc unos diminutos pedacitos de papel en un

recipiente de plstico y lo colocamos en la parte superior del

generador de van der Graff.


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g) Colocamos en un recipiente aceite comestible y le aadimos unas

cuantas semillas de t y con una esfera de plumafn cubierta con

papel aluminio, y soportada con un alambre de cobre se hizo

conexin con el generador.

h) Finalmente se acerc las puntas de un cabello (en nuestro caso se

acerc la mano de un compaero que tena bellos) para observar

el comportamiento de la mquina de van der Graff


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V. RESULTADOS

Al acercar el generador de Van der Graaffa la bola

de descarga, este generador transmite su carga

carga negativa )( hacia la bola de descarga,

generando as una descarga elctrica.

Al acercar el electroscopio hacia el

generador de Van der Graaf este transmite

sus cargas negativas a est generando as

que los trocitos de papel aluminio se repelen.

En otro de los experimentos que

realizamos utilizamos una bola de pap e laluminio atada a un hilo y al acercarla al

generador de Van der Graaff esta

comienza a cargar y descargar e sta.

Generando as que la esfera se atraiga y

repele.

En el siguiente experimento utilizamos

retazos de papel seda unidas por un

extremo y lo colocamos encima del

generador de Van der Graaff generando

que estas se separen de recta. Esto es

ocasionado por el campo elctrico que

ocasiona el generador.


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Al colocar una esfera de papel aluminio

conectada por un cable al generador de

Van der Graaff a una solucin de aceite

que contiene partculas de t. El fenmeno

electrosttico que s e logr visualizar fueque las partculas de t comienzan a

alinearse, esto es ocasi onado por flujo

elctrico que e l generador ocasiona.

Otro de los experimentos fue colocar

pedazos de papel en el generador de

Van der Graaff , ocasionando que

estas salgan disparadas, esto fue

generada po rque los pe dazos de

papel se cargaban negativamente yse repelan de manera rpida.

Al pegar un alambre de cobre al

generador de Van der Graaff y

acercar una vela encendida

cerca a la punta del alambreesto gnero que la llama se

comience a mover. Esto es

ocasionado por un fenmeno

llamado viento elctrico.


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VI. DISCUSION

Los resultados experimentales han demostrado que cuando un conductor con

carga se pone en contacto con el interior de un conductor hueco, toda la carga

del conductor con carga se transfiere al conductor hueco. En principio, la carga

en el conductor hueco y su potencial elctrico pueden incrementarse sin lmite

mediante la repeticin del proceso.

En 1929 Robert J. Van de Graaff (1901-1967) utiliz este principio para disear

y construir un generador electrosttico. Este tipo de generador tiene una intensa

utilizacin en la investigacin de la fsica nuclear. La carga es llevada

continuamente a un electrodo a un alto potencial por medio de una banda

transportadora hecha de material aislante. El electrodo de alto voltaje es un

domo metlico hueco montado sobre una columna aislante.

Si una persona no hace contacto con tierra y toca la esfera de un generador Van

de Graaff, es posible elevar el potencial elctrico de su cuerpo de manera

considerable. El cabello adquiere una carga positiva neta, y cada mechn repele

a todos los dems.

Dentro de los experimentos realizados con el generador de Van de Graaff, se

encuentra el viento inico, aqu se peg una aguja metlica a la esfera y seacerc a ella una vela encendida y se pudo observar cmo se mueve la llama.

La persona que estaba cercana a la punta se iba cargando elctricamente

(terminar descargndose, pero es inofensivo, ya que la intensidad es baja).

Tambin se conect a la esfera algo poco pesado como un pompn de papel

crep, o papel picado, al adquirir carga del mismo signo estos cuerpos se

repelen y las tiras de papel se ponen de punta, los papelitos salieron volando.

En el experimento de las semillas de t esparcidas sobre el aceite, se observ

cmo las semillas contenidas en el recipiente se acomodan siguiendo las lneas

de fuerza del campo elctrico.


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VII. CONCLUSIONES

Como grupo concluimos que el generador de Van der Graaff ha sido un

equipo que nos ha ayudado a desarrollar nuestras ideas y poder

comprobarlas en esta prctica. Adems, aprendimos la importancia de la

combinacin de los materiales a utilizar porque de ellos depende el xitode la prctica y as como poder explicar con estos materiales los

diferentes fenmenos que ocurren con el generador de Van der Graaff.

VIII. RECOMENDACIONES

Se debe de tener siempre los materiales principales en cada

prctica a realizar, para as poder obtener mejores resultados.

Tener mucho cuidado al utilizar el generador de Van der Graaf,

evitar que se recienta el motor para poder terminar nuestra practica

sin dificultades.

Se debera de contar con ms generadores de Van der Graaff, en

este caso no contamos con suficientes mquinas y por

consiguiente tuvimos que trabajar en grupos de 5-6 alumnos.

Al momento de realizar nuestras prcticas con el generador de Van

der Graaf debemos de contar con un ambiente seco.

Manipular siempre los equipos de laboratorio con nuestra docente

gua, para no ocasionarnos algn dao o daos al equipo.

Dejar siempre limpio el laboratorio, ordenando los materiales

usados en nuestra prctica.


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IX. BIBLIOGRAFIA

Serway, R., (2005), Fsica para ciencias e ingenieras, 6a. Ed.

Volumen II, Mxico DF, Mxico: International Thomson Editores, S.A.

Young, H. et al (2009), Fsica universitaria, con fsica moderna

volumen 2. Decimosegunda edicin, Mxico DF, Mxico: Pearson

Educacin.

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