Presentado Por:

VLADIMIR BOHORQUEZ SIERRA

JOSE RAFAEL GONZALEZ MENDEZPresentado a:

ING. HAROL ENRRIQUE COHEM PADILLAFUNDACION UNIVERSITARIA DE SAN GIL UNISANGIL - UNABFACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIAPROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICAPROYECTO INVESTIGATIVOTERCER SEMESTRE NOCTURNO

SAN GIL, ABRIL 02 DE 2008INTRODUCCION

En 1929 Robert J. Van De Graff (1901 - 1967) utilizo este principio para disear y construir un generador electroesttico. Este tipo de generador se usa de manera extensa en la investigacin de fsica nuclear. Los generadores de Van De Graff pueden producir diferencias de potencial tan altas como 20 millones de volts. Los protones acelerados a travs de esta diferencia potencial tan grandes reciben suficiente energa para iniciar reacciones nucleares entre ellos mismos y varios ncleos blancos. OBJETIVO GENERALConstruir un GENERADOR DE VAN DER GRAFF, que permita interpretar de una manera dinmica y sencilla, la aplicacin de las leyes de la fsica, en este caso el de diferencia de potencial elctrico y la aplicacin a la electrosttica.OBJETIVO ESPESIFICOConstruir un GENERADOR DE VAN DER GRAFF, con el fin de materializar la teora recibida a lo largo de los estudios de electromagnetismo, y poder establecer los efectos de diferencia de potencial elctrico.

Generador de VAN DER GRAFF.

El generador de Van der Graaff es una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca.El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la cinta por frotamiento a travs del efecto triboelctrico. Dentro del terminal, la carga es recolectada por una varilla metlica que se aproxima a la cinta. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esfrico nulo. Los generadores de Van Der Graaff son mquinas especiales que se utilizan para que los estudiantes de fsica comprendan los fenmenos electrostticos.

El primer generador electrosttico fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el ao 1931 y desde entonces no sufri modificaciones sustanciales.HistoriaEste tipo de generador elctrico fue desarrollado inicialmente por el fsico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en fsica nuclear en 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 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero 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.

El generador del Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientras que la batera es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan.Descripcin del trabajo a realizar.

En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metlico hueco de forma aproximadamente esfrica, est sostenido por soportes aislantes de plstico, atornillados en un pi metlico conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) se mueve entre dos poleas. La polea se acciona mediante un motor elctrico, o manual mente.

Dos peines estn hechos de hilos conductores muy finos, estn situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines estn muy prximas pero no tocan a la cinta.La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco. Al llegar al peine superior y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta del peine y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta del peine y a continuacin, al conductor hueco, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco.

Funcionamiento del generador de Van de GraaffComo adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esfrico:

En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior debido a que la superficie de la polea y la cinta estn hechas 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 una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.La polea superior acta en sentido contrario a la inferior. No puede estar cargada positivamente. Tendr que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metlica).

Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta est hecha de goma, y la polea inferior est hecha de nylon cubierto con una capa de plstico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco.

Si se usa un material neutro en la polea superior la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente. Componentes:

1.- Una esfera metlica hueca en la parte superior.

2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseo 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 metlicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior est 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 haran conductora).

6.- Un motor elctrico montado sobre una base aislante cuyo eje tambin 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 se carga elctrica por medio de la ionizacin 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 didctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal.El rodillo inferior est fuertemente electrizado (+), por el contacto y separacin (no es un fenmeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que est hecho y del material de la correa. Ver escala triboelctrica.

El rodillo induce cargas elctricas opuestas a las suyas en las puntas del peine metlico.El intenso campo elctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del peine situadas a unos milmetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtindolo en plasma.El aire ionizado forma un plasma conductor - efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento elctrico negativo. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras molculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa.

Las cargas elctricas negativas (molculas 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 est 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, cubrindola 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.Parte superior

Supongamos que nuestro generador tiene un rodillo de tefln que se carga negativamente por contacto con la correa. Este rodillo repele los electrones que llegan por la cara externa de la correa. El peine situado a unos milmetros frente a la correa tiene un campo elctrico inducido por la carga del cilindro y de valor intenso por efecto de las puntas. Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera.

Un generador de Van der Graff no funciona en el vaco.La eficacia depende de los materiales de los rodillos y de la correa.El generador puede lograr una carga ms alta de la esfera si el rodillo superior se carga negativamente e induce en el peine cargas positivas que crean un fuerte campo frente a l y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la esfera.El campo creado en el peine por efecto de las puntas ioniza el aire y lo transforma en plasma con electrones libres chocando con molculas de aire. Las partculas de aire cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento elctrico positivo). Las cargas positivas neutralizan la carga de la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y baja descargada.El efecto es que las partculas de aire cargadas negativamente se van al peine y le ceden el electrn que pasa al interior de la esfera metlica de la cpula que adquiere carga negativa.

Por el efecto Faraday (que explica el por qu se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situndose en la cara externa. Gracias a esto la esfera sigue cargndose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del peine al interior.Principios en que se basa el GVG

Electrizacin por frotamiento triboelectricidad.

Faraday explic la transmisin 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.

Induccin de carga. Efecto de las puntas: ionizacin. 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 (ms separados en la escala triboelctrica).Segn la combinacin de materiales con que se hagan los rodillos inferior, correa y rodillo superior, la esfera se cargar negativa o positivamente.Si el inferior es de aluminio, el superior de plstico y la correa de caucho sin grafito, la esfera se cargar positivamente. Raznalo observando las cargas que se inducen segn la escala triboelctrica.Los rodillos deben ser ms anchos por el centro que por los lados (abombados) para que la presin sobre la correa elstica descienda del centro a los lados y haga que esta no escape al girar.La correa debe ser lo ms fina posible para que su propia masa no la abombe al girar y la fuerza centrpeta originada no la impulse hacia los lados hacindola oscilar.La cinta debe ser de color claro porque las oscuras tienen carbono y esto las hace conductoras y no aislantes.

BIBLIOGRAFIAFrancis W. Sears y Mark W. Zemansky. Fsica, Edt. Aguilar (1970) pg. 565.Serway Beichner fsica tomo II para ciencias e ingeniera quinta edicin (2002) pag 789