Unidad Educativa “San Francisco” “EDUCA CI ÓN CON ES FUER ZO Y B UEN T R A T O COM O FR A NCI S CO”

2015-2016

Físico - Química

Integrantes: Alexis Recalde, Sebastián Pérez, José Hernández

Curso: 2º B.G.U. “D”

Ibarra – Ecuador

2015 – 2016

Objetivo General:

Realizar un generador Van Der Graaff en base a los diferentes consultados en

la red para así, maximizar su eficiencia y dar a conocer como se genera un

campo magnético.

Objetivos Específicos;

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

Desarrollar en el estudiante una iniciativa inventiva.

Aumentar en los estudiantes la capacidad de desarrollo práctico y científico.

Conocer el generador Van Der Graaff mediante la investigación.

Conocer cómo se puede realizar un generador Van Der Graff.

Experimentar con el generador en diferentes pruebas de su funcionamiento.

Fundamentación Teórica:

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 más importantes inventos de esos tiempos está 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. 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.

Consta de:

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

2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el

diseño 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” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está 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 harían conductora).

6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

Su funcionamiento: El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine está muy próxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o varilla metálica que se encarga de producir energía; esto hace que las partículas de energía que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energía) absorbe aquella produciendo estática en el cuero capilar u otro objeto que este en contacto directo.

Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado inicialmente por el físico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en física nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929, y para 1931 Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de un megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltajes muy superiores al generador de Van Graaff pero directamente emparentados con él. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas eléctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleración y ciclotrones. Muchos museos de ciencia están equipados con generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenómenos electrostáticos. Una demostración favorita con el generador Van de Graaf es ponerle a al guien los pelos de punta.

Biografía de Van der Graaff, Robert Jemison (1901-1967). Ingeniero y físico norteamericano, nacido en Tuscaloosa (Alabama) el 5 de diciembre de 1901. Estudió en la Universidad de Alabama, aunque más tarde se trasladaría a Europa para hacerlo en la Sorbona y en Oxford, donde se doctoró en 1928. A su regreso a los Estados Unidos trabajó en Princenton y más tarde obtuvo una cátedra en el instituto de Tecnología de Massachusetts. Sus investigaciones le llevaron a la construcción de grandes aparatos electrostáticos capaces de acelerar enormemente las partículas eléctricas, de gran utilidad

en la física atómica. Entre sus inventos más notables destaca el que ideó en 1931, un generador eléctrico de alto voltaje que lleva su nombre . Se trataba de un acelerador de partículas (véase aceleradores de partículas) cuyo funcionamiento se basa en aplicar grandes diferencias de potencial a lo largo de un tubo de vacío; en su forma más simple, consistía en una esfera vacía montada sobre soportes aislantes. Una cinta aislante incorpora continuamente cargas eléctricas a la esfera, creando una tensión electrostática elevadísima, capaz de suministrar a las partículas energías del orden de 106 eV. Este aparato se empleó para el experimento de difusión protón-protón en 1935. Bajo el acelerador, se situó un laboratorio y por el techo del mismo entraba el haz de protones, acelerado desde una fuente de iones situada en la terminal; este haz era desviado por un electroimán para eliminar las partículas que no fuesen protones y terminaba en una pequeña cámara de difusión. El generador de Van der Graaff tuvo también importantes aplicaciones industriales y en el ámbito de la medicina (por ejemplo, se incluía en el equipamiento de los rayos X). Es probable que debido a la buena comercialización de sus inventos, Van der Graaff decidiera en 1946 abandonar su puesto en el Instituto de Tecnología de Massachusetts para crear una compañía que se dedicara a la fabricación y venta de los mismos. Falleció en Boston el 16 de enero de 1967. Principios en que se basa el Generador de Van Der Graaff:

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. Técnicas para afinar El GVG

Los rodillos y la correa son el alma del generador de Van der Graff y deben ser de los materiales más 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 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.

Materiales:

Bombona Amoladora Tubo PVC de 10 cm. De diámetro Y 120 cm. De alto Cobre de estaño para tapar el borde filoso, soldando este. Dos rodillos uno de teflón y el otro de aluminio. Soportes con bujes de teflón. Bisagras Mariposa Peine metálico Correa dentada Horquillas Dimmer controlador U de caño de cobre Motor de licuadora viejo Piezas de madera Varillas delgadas y pequeñas Bandas de Fricción hechas de foami

Experimento:

Como grupo, nosotros procedemos a realizar un Generador Van Der Graaff

Conclusiones:

El generador de Van der Graff 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.

Recomendaciones:

Verificar la bibliografía para obtener mayor información sobre el temase recomienda investigar más del tema para comprenderlo mejor y complicaciones.

Siempre utilizar el material aislante en la mayoría de los elementos.

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.

Bibliografía:

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/vanderGraff/Genera

dorEVG_Trabajo.htm

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_Van_de_Graaff

https://es.scribd.com/doc/74555182/Generador-de-Van-de-Graaff

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/vandeg.html

https://espaciodecesar.com/2006/10/22/diez-experimentos-con-el-van-der-graaff/

https://espaciodecesar.com/2013/10/24/poderoso-generador-de-van-der-graaff-con-materiales-reciclados/

Anexos: