Generador de van de graaff

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EL GENERADOR DE VAN DE GRAAFF


OBJETIVOS

• Proporcionar a estudiantes y docentes del área de física, en particular del tema de electrostática, los conocimientos necesarios para la comprensión del fucionamiento del generador electrostático Van de Graaff.
• Motivar en el participante la construcción de generadores electrostáticos Van de Graaff, mediante la realización de experimentossencillos de laboratorio que requieran la utilización de éste aparato.

INTRODUCCION

En las primeras décadas de éste siglo, los científicos de todo el mundo predecían y experimentaban con fisión atómica, o, la división del átomo. Para continuar sus estudios sobre fisión atómica, los científicos necesitaban fuentes de energía eléctrica cada vez más potentes, del orden de un millón de volts omás. A final de 1930, los transformadores eléctricos no tenían un aislamiento adecuado para producir estos voltajes extremadamente altos sin producir arcos eléctricos.

En 1928 J. Robert Van de Graff, mientras trabajaba en la Universidad de Oxford en investigaciones en el campo de la física atómica, tuvo necesidad de una fuente de partículas subatómicas de alta energía. Motivado así, Van de Graaffemprendió un programa de estudio de dos años mientras trabajaba sobre su tesis de doctorado, y desarrollo la máquina que lleva su nombre: el generador Van de Graaff: máquina capaz de elevar tensiones muy altas, del orden de varios millones de volts.

El principio en que se basa este generador es realmente simple: una correa de transmisión que se mueve incesantemente adquiere cargas dedeterminado signo (positivas o negativas) en la parte inferior, las transporta hacia el interior de un conductor hueco con forma de cúpula y las deja en este conductor.

Van de Graaff observó que posiblemente el trabajo sobre el cual él había estado trabajando podía ser la solución de los problemas de los científicos. De ésta manera el generador de Van de Graaff encontró gran aplicación, no sólo enfísica atómica y nuclear, sino también en la medicina y la industria. Más tarde, al volver a Estados Unidos después de dedicarse a la investigación durante cierto tiempo, estableció una industria para fabricar ejemplares de su generador.

A continuación presentamos los principios físicos en los cuales se basa el generador de Van de Graaff, se hace una descripción del aparato y se explica sufuncionamiento.
Se sabe que si un cuerpo metálico C, electrizado, se pone en contacto con otro cuerpo D, también metálico e inicialmente descargado, habrá una transferencia de solo una parte de la carga de C hacia D (ver la figura 1). La transferencia de carga es parcial porque se interrumpe cuando se igualan los potenciales o voltajes de ambos cuerpos.








Figura 1. Cuando el cuerpometálico C electrizado y externo con respecto a D, se pone en contacto con el conductor D (descargado), únicamente pasa hacia D parte de la carga de C.


Ahora supongamos que el cuerpo D posee una cavidad y que C se introduce en ella (figura 2). En estas condiciones, la carga C induce cargas eléctricas en la superficie interna y externa de D. En el caso de la figura 2, la superficie internaqueda electrizada negativamente, y la externa, positivamente. Se observa que la carga inducida en las paredes tiene el mismo valor que la carga en el cuerpo C (que produjo la inducción).










Figura 2. El conductor electrizado C, puesto en el interior del conductor descargado D, hace surgir cargas inducidas en las superficies interna y externa.

Entonces, si este cuerpo secolocara en contacto con la pared interna de D (figura 3), la carga inducida en esta pared será neutralizada por la carga de C. Por la figura 3 podemos ver que, como consecuencia de esto, el cuerpo D quedará electrizado con una carga de mismo signo y de mismo valor que la carga inicial del cuerpo C. En otras palabras, lo anterior pasa como si la carga de C fuera íntegramente transferida a D....
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