Proyecto Van de Graff

7/23/2019 Proyecto Van de Graff

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INTRODUCCION

La electricidad es un fenmeno fsico que se manifiesta naturalmente en los

rayos, las descargas elctricas producidas por el rozamiento (electricidad esttica)

y en el funcionamiento de los sistemas nerviosos de los animales, incluidos los

seres humanos. Tambin se denomina electricidada la rama de la ciencia que lo

estudia y la rama de la tecnologa que lo aplica. Desde que, en 1831, Faraday

descubriera la forma de producir corrientes elctricas por induccin, se ha

convertido en una de las formas de energa ms importantes para el desarrollo

tecnolgico debido a su facilidad de generacin,distribucin y al gran nmero 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 investigacin del grupo.
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OBJETIVOS

Objetivo General:

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

hechos por los dems

Objetivos Especficos:

Explicar el funcionamiento del generador.

Mostrar cmo se generan las cargas electroestticas.

Aprender sobre el funcionamiento de polo a tierra.


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MARCO TERICO

El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes

voltajes. En realidad es un electrforo de funcionamiento continuo.

Se basa en los fenmenos de electrizacin por contacto y en la induccin 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 electrosttico fue construido por Robert Jamison Van der

Graff en el ao 1931 y desde entonces no sufri modificaciones sustanciales.

Existen dos modelos bsicos de generador:

El que origina la ionizacin del aire situado en su parte inferior, frente a la

correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente

conectado a la red elctrica y que crea un gran voltaje)

El que se basa en el efecto de electrizacin por contacto. En este modelo el

motor externo slo se emplea para mover la correa y la electrizacin seproduce 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 cpula donde, por efecto Faraday, se

desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando ms yms hasta conseguir una gran carga
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/EfectoPuntas/EfectoPuntas.htmhttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/EfectoPuntas/EfectoPuntas.htm


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En la figura, se muestra un esquema del

generador de Van de Graaff. Un conductor

metlico hueco A de forma aproximadamente

esfrica, est sostenido por soportes

aislantes de plstico, atornillados en un pi

metlico 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 elctrico.

Dos peines G y H estn hechos de hilos

conductores muy finos, estn situados a laaltura 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 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 continuacin, 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 esttica, cuandose ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora detallaremos como

adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esfrico.

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

superficie de la polea y la cinta estn hechos de materiales diferentes. La cinta y lasuperficie 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 metlica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su

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

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

se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la

punta metlica hacia la cinta.

Las cargas negativas son atradas 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 acta en sentido contrario a la inferior F. No puede estar

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

polea cuya superficie es metlica).


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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 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

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.


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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.

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

Tericamente, el proceso se podra repetir muchas veces, aumentando la carga

del conductor hueco indefinidamente. De hecho, existe un lmite 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.
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/vanderGraff/Escalatriboelectrica.htmhttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/vanderGraff/Escalatriboelectrica.htm


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DIAGNOSTICO OPERACIONAL

Para la elaboracin de nuestro proyecto el generador de Van der Graff primero

buscamos informacin acerca de el y ciertos modelos que han sido elaborados por

otras personas para poder basarnos en ellos y as 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 construccin fsica. Primeramente buscamos como hacer una esfera

hueca que seria la parte superior de nuestro proyecto y en la que va el corazn 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 ellopensamos 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 dimetro de los cucharones

elaboramos las medidas que llevara 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 centmetros de largo y forma de barril para un mejor contacto con

la banda.

Figura 1. Figura 2.


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Despus 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 plstico, 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 vendr del

motor de 12 voltios y con un conjunto de cables de cobre los cuales servirn para

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

abajo.

Figura 3. Figura 4.

Figuras 5.


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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, dndole elmovimiento al eje inferior y consiguiendo as el movimiento de la banda.

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

continuacin estn las imgenes del proyecto terminado desde diferentes vistas.

NOTA: " LAS DISTINTAS IMAGENES PRESENTADAS EN EL DIAGNOSTICO

OPERACIONAL DE ESTE PROYECTO SON TOMADAS DE UN PROTOTIPO

QUE INVESTIGAMOS EN INTERNET, PARA BASARNOS EN EL PROTOTIPO

QUE CREAREMOS NOSOTROS COMO GRUPO."


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JUSTIFICACIN.

Como grupo escogimos muy minuciosamente este proyecto, porque ya tenemos

un poco de experiencia en esta rea, especficamente con este generador,

tambin queremos explicar un poco de la teora que rodea a este generador.

Lo que se desea con este proyecto es construir, estudiar y analizar un generador

de Van Der Graaff que se basa en el efecto de electrizacin por contacto. En este

modelo el motor externo slo se emplea para mover la correa y la electrizacin se

produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona

igual que con el motor.


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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.


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ALCANCES Y LIMITACIONES

ALCANCE.

La realizacin de este trabajo puede tener ciertos motivos por las cuales se est

llevando a cabo, en s, queremos demostrar, cual es el alcance, que es lo que

tenemos en mente comunicar a los dems por medio de este trabajo.

En este caso nuestro alcance del tema de investigacin es mostrar que no es

necesario estar en un laboratorio con tecnologa de punta para poder crear un

generador de Van de Graaff, sino que se puede elaborar con materiales al alcancede cualquiera, y explicar los pasos detalladamente para la elaboracin de este.

LIMITACIONES.

En el desarrollo de este trabajo se presentaron las siguientes limitaciones:

La elaboracin de los ejes donde rotara la banda de plstico que generan la

carga electroesttica.

Conectar el motor con los ejes y evitar que se inutilice.

Encontrar la esfera de aluminio con las medidas.


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RECURSOS.

MATERIALES:

-Papelera y tiles -Anillados

-Impresiones -Empastados

-Copias -Materiales de Ferretera

FINANCIEROS:

-Transporte

-Comida

HUMANOS:

-Asesoras

-Horas de trabajo del grupo dedicadas a la investigacin y/o elaboracin del

prototipo.

-Otros


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PRESUPUESTO.

Para la elaboracin de este proyecto ocupamos los siguientes materiales:

1 Tubo de PVC----------------------------------------------------------------------------$3.00

1 Tubo de pegamento para PVC---------------------------------------------------$1.75

3 Yardas de Plstico($0.50ctvs c/u)-----------------------------------------------$1.50

1 Lamina de Aluminio--------------------------------------------------------------------$2.50

Comida-------------------------------------------------------------------------------------$15.00

Gastos en Transporte-------------------------------------------------------------------$3.00

Impresiones--------------------------------------------------------------------------------$5.00

Empastado y Anillado-------------------------------------------------------------------$7.00

Papelera-----------------------------------------------------------------------------------$3.00


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Como grupo concluimos que el generador de Van der Graff ha sido un proyectoque nos ha ayudado a desarrollar nuestras ideas y a respetar a los de los dems,

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

obstculos 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.

Adems, aprendimos la importancia de la combinacin de los materiales a utilizar

porque de ellos depende el xito del proyecto y la diferencia de los motores, ya

que utilizamos varios mientras construamos el proyecto.

RECOMENDACIONES

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. Adems, recomendamos la unin del grupo, pues a la hora de

encontrarnos con algn 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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ANEXOS

Anteproyecto.

El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandesvoltajes. En realidad es un electrforo de funcionamiento continuo.

Se basa en los fenmenos de electrizacin por contacto y en la induccin 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 electrosttico fue construido por Robert Jamison Van der

Graff en el ao 1931 y desde entonces no sufri modificaciones sustanciales.

Existen dos modelos bsicos de generador:

El que origina la ionizacin del aire situado en su parte inferior, frente a la

correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente

conectado a la red elctrica y que crea un gran voltaje)

El que se basa en el efecto de electrizacin por contacto. En este modelo el

motor externo slo se emplea para mover la correa y la electrizacin 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 cpula donde, por efecto Faraday, se

desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando ms y

ms hasta conseguir una gran carga


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En la figura, se muestra un esquema del

generador de Van de Graaff. Un conductor

metlico hueco A de forma aproximadamente

esfrica, est sostenido por soportes

aislantes de plstico, atornillados en un pi

metlico 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 elctrico.

Dos peines G y H estn hechos de hilos

conductores muy finos, estn situados a laaltura 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 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 continuacin, 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 esttica, cuandose ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora detallaremos como

adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esfrico.

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

superficie de la polea y la cinta estn hechos de materiales diferentes. La cinta y lasuperficie 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 metlica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su

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

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

se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la

punta metlica hacia la cinta.

Las cargas negativas son atradas 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 acta en sentido contrario a la inferior F. No puede estar

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

polea cuya superficie es metlica).


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Imgenes.


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Esquema.


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BIBLIOGRAFIA.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm

http://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-

uno-en-casa.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htmhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.taringa.net/posts/info/900763/Generador-Van-de-Graaff-_-como-hacer-uno-en-casa.htmlhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm

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