INTRODUCCION

La electricidad es un fenómeno físico que se manifiesta naturalmente en los

rayos, las descargas eléctricas producidas por el rozamiento (electricidad

estática) y en el funcionamiento de los sistemas nerviosos de los animales,

incluidos los seres humanos. También se denomina electricidad a la rama de la

ciencia que lo estudia y la rama de la tecnología que lo aplica. Desde que, en

1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por

inducción, se ha convertido en una de las formas de energía más importantes

para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación, distribución y

al gran número de aplicaciones que tiene.

Entre uno de los mas importantes inventos de esos tiempos esta el Generador

de Van der Graff, que es el proyecto que nosotros hemos escogido construir, en

base a nuestros conocimientos, y la investigación del grupo.

INDICE

TEMA No. DE PÁGINA

Objetivos 4

Marco teórico 5

Materiales 10

Metodología 11

Conclusiones 16

Recomendaciones 17

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OBJETIVOS

Objetivo General:

Hacer un modelo de generador de Van der Graff en base a los diferentes

hechos por los demás

Objetivos Específicos:

Crear en el estudiante una iniciativa de inventiva.

Capacitar al estudiante para desarrollar la teoría por medio de la práctica.

Aumentar en el alumno su capacidad de desarrollo práctico y científico.

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MARCO TEÓRICO

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.

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

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En la figura, se muestra un esquema del

generador de Van de Graaff. Un conductor

metálico hueco A de forma

aproximadamente esférica, está sostenido

por soportes aislantes de plástico,

atornillados en un pié metálico C conectado

a tierra. Una correa o cinta de goma (no

conductora) D se mueve entre dos poleas 

E y F. La polea F se acciona mediante un

motor eléctrico.

Dos peines G y H están hechos de hilos

conductores muy finos, están situados a la

altura del eje de las poleas. Las puntas de

los peines están muy próximas 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 A. Al 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 que la carga pase de la cinta a la punta G y a

continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se

introducen en el interior de un conductor hueco.

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Funcionamiento del generador de Van de Graaff

Se ha estudiado cualitativamente como se produce la electricidad estática,

cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora

detallaremos como adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal

esférico.

En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la

superficie de la polea y la cinta están hechos 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

Tenemos que elegir los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de

modo que la cinta adquiera un carga negativa y la superficie de la polea una

carga positiva, tal como se ve en la figura.

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Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de

su eje. Se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la

superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos

elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las

cargas desde la punta metálica hacia la cinta.

Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio

del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando

parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y

el proceso comienza de nuevo.

La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar

cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una

polea cuya superficie es metálica).

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 está hecha

de goma, y la polea inferior está hecha de nylon cubierto con una capa de

plástico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta

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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 E 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.

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. 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 (más separados en la escala triboeléctrica).

Según la combinación de materiales con que se hagan los rodillos inferior,

correa y rodillo superior, la esfera se cargará negativa o positivamente.

Si el inferior es de aluminio, el superior de plástico y la correa de caucho sin

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grafito, la esfera se cargará positivamente. Razónalo observando las cargas que

se inducen según la escala triboeléctrica.

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.

Cuando se introduce un conductor cargado dentro de otro hueco y se ponen en

contacto, toda la carga del primero pasa al segundo, cualquiera que sea la carga

inicial del conductor hueco

Teóricamente, el proceso se podría repetir muchas veces, aumentando la carga

del conductor hueco indefinidamente. De hecho, existe un límite debido a las

dificultades de aislamiento de la carga. Cuando se eleva el potencial, el aire que

le rodea se hace conductor y se empieza a perder carga.

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MATERIALES

Entre los materiales que utilizamos para la construcción de nuestro proyecto con

sus precios están:

MATERIALES COSTOS ($)

CANT. NOMBRE UNIDAD TOTAL

2 Cucharones de aluminio 2.50 5.00

6 Tornillo goloso 10X ¾” 0.03 0.18

10 Tornillo niquelado 6X1/2” 0.02 0.20

1 metro Tubo PVC 2.1/2” 3.81 3.81

2 Pegamento super glue 1.10 2.20

0.25 lbs. Alambre esmaltado 2.30 2.30

2 Poleas plasticas 1.16 2.32

1 Tubo de aluminio torneado 5.00 5.00

1 Banda de hule 0.69 0.69

1 Bandas de latex 3.39 3.39

1 Motor de 12 voltios 2.00 2.00

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TOTAL $27.09

METODOLOGIA

Para la elaboración de nuestro proyecto “el generador de Van der Graff” primero

buscamos información acerca de el y ciertos modelos que han sido elaborados

por otras personas para poder basarnos en ellos y así poder llegar a igualarlos o

mejorarlos, en el mejor de los casos.

Luego de tener un modelo a seguir, realizamos una lista de materiales para

poder empezar su construcción física. Primeramente buscamos como hacer una

esfera hueca que seria la parte superior de nuestro proyecto y en la que va el

corazón de todo el proceso, ya que es en ella donde se da la carga de

electrones para que luego la esfera genere cierto voltaje en su superficie y

alrededor de ella, para ello pensamos en un par de cucharones de aluminio,

(ver figura 1) para que al unirlos nos quede lo mas parecido a una esfera. En

base al diámetro de los cucharones elaboramos las medidas que llevaría el eje

rotor de la parte superior, (ver figura 2) que seria el eje por el cual pasara la

banda dentro de la esfera, el cual es de aluminio, tiene 6 centímetros de largo y

forma de barril para un mejor contacto con la banda.

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Figura 1. Figura 2.

Después de esto decidimos la distancia de eje a eje para ver la altura de lo que

seria los soportes de fibra de vidrio que detienen los ejes (ver figura 3) sobre los

cuales girara la banda (ver figura 4). Luego seguimos con el montaje del rotor

inferior el cual es de plástico, taladramos un agujero en cada soporte para

introducir el eje sobre el cual girara el rotor y colocamos una polea del lado

exterior que seria por donde se transporta el movimiento a los ejes que vendrá

del motor de 12 voltios y con un conjunto de cables de cobre los cuales servirán

para crear el campo eléctrico (ver figuras 5), tanto en el eje de arriba como en el

de abajo.

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Figura 3. Figura 4.

Figuras 5.

Como el motor que utilizamos es de 12 voltios (ver figura 6) nos vimos en la

necesidad de utilizar una fuente de 12 voltios para poder utilizar la corriente

alterna (ver figura 7) y de esta manera poder utilizar el motor, dándole el

movimiento al eje inferior y consiguiendo así el movimiento de la banda.

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Figura 6. Figura 7.

Con todo este procedimiento dimos por terminado nuestro proyecto, junto con

muchas inconvenientes que se nos fueron dando en el camino. Por lo que a

continuación están las imágenes del proyecto terminado desde diferentes vistas.

Diferentes vistas de nuestro generador de Van der Graff.

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Vista de planta

Vista Lateral Izquierda Vista Frontal

CONCLUSIONES

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

que nos ha ayudado a desarrollar nuestras ideas y a respetar a los de los

demás, y que por muy sencillo o muy complicado que sea el trabajo siempre se

presentan obstáculos que cuesta superar pero con la ayuda de ideas y la

inventiva, estos se van evitando poco a poco y de esta manera lo solucionamos

en conjunto. Además, aprendimos la importancia de la combinación de los

materiales a utilizar porque de ellos depende el éxito del proyecto y la diferencia

de los motores, ya que utilizamos varios mientras construíamos el proyecto.

RECOMENDACIONES

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Es recomendable el buen uso de los materiales a utilizar, tanto en los rodillos,

como en la banda transportadora, pues de ellos depende el buen funcionamiento

del proyecto. Además, recomendamos la unión del grupo, pues a la hora de

encontrarnos con algún problema, es mejor pensar en grupo que uno solo. Y hay

que tener mucho cuidado con los motores, pues no todos se pueden conectar

directamente a la corriente alterna, sino que necesitamos de fuentes de voltaje

para el buen funcionamiento de los que lo necesitan.

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