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FACULTAD REGIONAL ROSARIO - UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FÍSICA II Trabajos Prácticos de Laboratorio 1 Generador de Van de Graaff GENERADOR DE VAN DE GRAAFF Objetivos del Trabajo : Comprender el funcionamiento del Generador de Van de Graaff Observar fenómenos de atracción y repulsión eléctrica Inducir dipolos en distintos cuerpos Verificar si ciertos cuerpos están cargados Comprobar y visualizar los efectos de punta Comprobar y visualizar los efectos del viento eléctrico Realizar mediciones directas de potencial Realizar mediciones indirectas de carga Aislar un cuerpo de los efectos de un campo eléctrico Características Principales del Generador de Van de Graaff : Está constituido por: a) una esfera hueca conductora de 25 cm de diámetro; b) una banda sin fin de goma látex de 4 cm de ancho y 120 cm de largo, que oficia de transporte de las cargas, c) un sistema de dos rodillos guías para conducir la banda aislante de goma, los cuales son impulsados por un motor eléctrico cuya velocidad puede variarse a través de un dispositivo reostático; d) un rodillo superior de resina que gira libremente por acción de la cinta; e) un rodillo inferior de resina que es impulsado por la polea motora; f) un elemento de fricción revestido de fieltro que actúa sobre el rodillo inferior; g) dos electrodos tipo cepillo de acero, para transferencia de las cargas; h) Una estructura de material plástico aislante (acrílico), que oficia de soporte del conjunto. En la figura 1 podemos observar el cuerpo completo del generador de Van de Graaff y en la figura 2 el detalle de la columna de acrílico con la banda aislante de goma en su interior. Este generador electrostático fue ideado por Lord Kelvin en 1890 y llevado a la práctica por Van de Graaff en 1931. El dispositivo se basa en el principio de que si un conductor cargado se pone en contacto interno con un segundo
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FACULTAD REGIONAL ROSARIO - UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FÍSICA II Trabajos Prácticos de Laboratorio
1
Generador de Van de Graaff
GENERADOR DE VAN DE GRAAFF
Objetivos del Trabajo:
Comprender el funcionamiento del Generador de Van de Graaff
Observar fenómenos de atracción y repulsión eléctrica
Inducir dipolos en distintos cuerpos
Verificar si ciertos cuerpos están cargados
Comprobar y visualizar los efectos de punta
Comprobar y visualizar los efectos del viento eléctrico
Realizar mediciones directas de potencial
Realizar mediciones indirectas de carga
Aislar un cuerpo de los efectos de un campo eléctrico
Características Principales del Generador de Van de Graaff:
Está constituido por: a) una esfera hueca conductora de 25 cm de diámetro;
b) una banda sin fin de goma látex de 4 cm de ancho y 120 cm de largo,
que oficia de transporte de las cargas, c) un sistema de dos rodillos guías
para conducir la banda aislante de goma, los cuales son impulsados por un
motor eléctrico cuya velocidad puede variarse a través de un dispositivo
reostático; d) un rodillo superior de resina que gira libremente por acción de
la cinta; e) un rodillo inferior de resina que es impulsado por la polea
motora; f) un elemento de fricción revestido de fieltro que actúa sobre el
rodillo inferior; g) dos electrodos tipo cepillo de acero, para transferencia de
las cargas; h) Una estructura de material plástico aislante (acrílico), que
oficia de soporte del conjunto. En la figura 1 podemos observar el cuerpo
completo del generador de Van de Graaff y en la figura 2 el detalle de la
columna de acrílico con la banda aislante de goma en su interior.
Este generador electrostático fue ideado por Lord Kelvin en 1890 y llevado a
la práctica por Van de Graaff en 1931. El dispositivo se basa en el principio
de que si un conductor cargado se pone en contacto interno con un segundo
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FÍSICA II Trabajos Prácticos de Laboratorio
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Generador de Van de Graaff
conductor esférico qmáx = 4π ε0 R2 Emáx. Reemplazando este valor para
obtener la tensión en función del campo eléctrico, nos queda Vmáx = R Emáx .
Para nuestro caso: Vmáx = 12,5 x 10-2 m x 3 x 106 V/m = 375.000 V. Por
causa del efecto de puntas presente en el borde del orificio de la parte
inferior de la cúpula, la tensión máxima que puede generar es de
aproximadamente 335 kV. La corriente de cortocircuito es de 30 μA.
Funcionamiento del Generador de Van de Graaff:
La cinta de goma, estirada entre los dos rodillos, es conducida por un motor
de velocidad moderada. Hemos visto que, de estos dos rodillos, el superior
es libre y el inferior ejerce la función motriz. Según la serie triboeléctrica,
por rozamiento se transmiten cargas negativas del fieltro a la goma. Por lo
tanto la cinta adquiere cargas negativas y la superficie del rodillo cargas
positivas. Si puntas metálicas agudas como las del electrodo de cepillo se
colocan cerca de la superficie de la cinta, a la altura del eje del rodillo
inferior, se produce un intenso campo eléctrico entre estas puntas y la
superficie de dicho rodillo. Las moléculas de aire en el espacio existente
entre ambos elementos, se ionizan creando un puente conductor por el que
circulan las cargas negativas desde las puntas metálicas hacia la cinta. Las
cargas negativas son atraídas hacia la superficie del rodillo, pero en medio
del camino se encuentra la cinta y se depositan en su superficie, cancelando
parcialmente la carga positiva del rodillo (figura 3).
Pero la cinta se mueve hacia arriba, alejándose del rodillo inferior y llevando
todos los electrones hacia el rodillo libre superior, ubicado dentro de la
cúpula en la cumbre de la columna. De esta manera, el rodillo superior
adquiere cargas negativas (que también recibe por el efecto triboeléctrico entre la
resina y la goma). Cuando más cargas negativas llegan sobre la cinta, las
mismas son repelidas y saltan la brecha aérea hasta el otro electrodo tipo
cepillo igualmente ubicado en el lugar. Este electrodo está conectado
directamente a la cúpula. Debido a que cargas semejantes se repelen y
tratan de ponerse tan lejos de sí como sea posible, las mismas son
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