UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA INDUSTRIAL INFORME DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO “Principio de funcionamiento de un generador de Van Der Graff” Profesor: Carlos Cabrera Salvatierra Alumno: Arsemio Luis Ruiz Ruiz Ciclo/Sección: III/A TRUJILLO – PERÚ 2019 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADOR DE VAN DER GRAFF I. INTRODUCCIÓN En el ámbito industrial nos encontramos con distintos mecanismos, la eléctrica es un área muy extensa y muy avanzada, en la cual a lo largo de los siglos el hombre ha desarrollado un sin número de inventos que han contribuido exitosamente a la humanidad, con los cuales ha mejorado su calidad de vida y aumentado en gran proporción el desarrollo de la industria. El generador de Van Der Graf es una máquina que almacena carga eléctrica en una esfera conductora hueca gracias a la fricción que produce una banda sobre unas escobillas de un material conductor. Las cargas son transportadas por la escobilla conectada a la esfera donde se comienzan a acumular. Además, se explica los principios de funcionamiento, características, los componentes, las aplicaciones que se le puede dar y aquellos fenómenos que se experimentan en este tipo de generadores. Además, se destaca la finalidad de describir los principios de funcionamiento, características, cuáles son sus componentes, que aplicaciones se le puede dar y que fenómenos se experimentan en este tipo de generador electroestático II. DESARROLLO 1.1. ¿Como funciona un generador de Van Der Graff? Este generador es de los denominados, autoexcitado, puesto que no es necesario el aporte de cargas desde el exterior para que inicie su funcionamiento. EL MOTOR HACE GIRAR EL RODILLO INFERIOR QUE AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA CORREA DE CAUCHO PRODUCE UNA SEPARACIÓN DE CARGAS (Efecto-triboeléctrico), el rodillo y la polea adquieren cargas iguales, pero de signo contrario. Dependiendo de los materiales utilizados en la correa y el rodillo, así se adquirirán cargas positivas o negativas. en nuestro caso y siguiendo la escala triboeléctrica, el cilindro adquiere carga negativa y la correa carga positiva. La densidad de carga en el cilindro es ahora mucho mayor en el rodillo que en la correa ya que se extienden las cargas en la correa por una superficie mayor. Como el peine de púas metálicas están cerca del rodillo, se produce un intenso campo eléctrico. Esto hace que el aire se ionice, creando un puente conductor para el movimiento de cargas. Las cargas positivas son atraídas entonces por el rodillo, pero, al pasar por la correa, muchas de ellas son atrapadas por esta y elevadas al rodillo superior, las cuales pasarán a través del peine superior a la superficie de la esfera. 1.2 Constitución del generador de Van Der Graaff Una esfera metálica hueca en la parte superior. Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje. 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. Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera. Una correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica que no lleva componentes de carbono que la harían conductora). 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. El efecto triboeléctrico es un tipo de electrificación causado por el contacto de un material con otro (por ejemplo, el frotamiento directo). La polaridad y la fuerza de las cargas producidas se diferencian según los materiales, la aspereza superficial, la temperatura, la tensión, y otras características. Fig1: Partes del Generador de van der Graaff. En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior 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. Fig2: Polea inferior. 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 se eligen 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. Fig3: La cinta y la superficie del rodillo. 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 actúa en sentido contrario a la inferior. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica). Fig4: la punta de la aguja y la superficie de la polea. 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 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. Fig5: Generador De Van De Graaff, La Carga Eléctrica, La Electricidad Estática III. CONCLUCIÓN Como se pudo ver en el anterior desarrollo el GENERADOR DE VAN DE GRAAFF es un dispositivo que genera electricidad estática basándose en los fenómenos de electrización por contacto. Este generador es muy útil en la física, como se sabe tiene aplicaciones distintas en rayos x, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y de física nuclear. Además actualmente es uno de los instrumentos más usados para desarrollar nuevas tecnologías de rayos x, en el presente artículo se presentaron las partes por las que se compone y cómo funciona el instrumento en su totalidad, también se presentaron algunas nociones acerca del principio de funcionamiento del mismo de la construcción del aparato desarrollando conceptos básicos en el desarrollo de todo lo que tiene que ver con este instrumento.
