AG voluntario Generador de Van de Graaff (2017)

Trabajo Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 1º curso
Asignatura Electricitat i Magnetisme
Profesor A.
Año del apunte 2017
Páginas 1
Fecha de subida 25/10/2017
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1/5/2017 Electricidad y magnetismo Generador de Van de Graaff Van de Graaff inventó el generador con su nombre con intención de crear grandes diferencias de potencial con el fin de acelerar partículas cargadas para realizar choques contra diferentes objetivos. La intención de los choques era investigar las propiedades del núcleo del material del objetivo.
El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante y su composición es muy simple: un motor, dos poleas, una cinta, una esfera de metal vacía donde se almacena la carga, una base metálica y dos hilos de cobre o dos peines para transportar la carga de la base a la cinta y de la cinta a la esfera.
La esfera es un conductor metálico. La esfera se sujeta por un tubo de plástico aislante, por donde va la cinta de una polea a la otra. El tubo de plástico esta sobre una base metálica que se conecta al suelo. Dentro de la base esta la polea más baja y dentro de la esfera metálica la polea más alta. La cinta es de goma (aislante) y se mueve entre las dos poleas. La polea más baja se conecta a un motor para mover la cinta y, por consiguiente, mueve la polea superior también. Los dos peines están a la altura de la polea y cerca de la cinta, pero sin tocarse.
La superficie de la polea de abajo se electrifica y como consecuencia la cinta y la polea se cargan con la misma carga de signos opuestos ya que son diferentes materiales noconductores y debido al roce una coge carga positiva y la otra negativa. (La densidad de carga de la polea es mayor que el de la cinta). En la mayoría de los casos se hace que la cinta coja carga negativa y la polea carga positiva.
Para aumentar la densidad de carga de la cinta, el peine inferior se conecta a una corriente eléctrica. Entre el peine metálico y la cinta se crea un campo eléctrico donde las moléculas de aire se ionizan en ese espacio creando medio conductor por donde se transfiere la carga a la cinta. Las cargas negativas del peine son atraídas por la polea (+), pero la cinta está en medio y sube rápido, por lo que esa atracción sirve para que las cargas negativas se peguen a la cinta.
En la polea de arriba pasa lo contrario que en el de abajo. Sin embargo, la polea de arriba será neutra o se cargará negativamente. El peine de arriba estará conectado con la esfera metálica, por tanto, aquí se acumulará la carga que transporta la cinta.
Cuando la esfera se carga suficientemente y se crea una diferencia potencial de 3MV/m con algún material exterior, se da la ruptura dieléctrica donde se da una descarga eléctrica en forma de una chispa eléctrica. Por tanto, cuanto mayor sea la distancia, menos chispas habrá, pero estarán más cargadas y tendrán mayor intensidad. La chispa crea, temperatura alta, sonido y luz, pero ¿por qué? El aumento de temperatura se debe a la resistencia del aire. El aire tiene gran resistividad (y por tanto resistencia), y si se somete a un gran voltaje, la corriente eléctrica que pase por el aire se verá afectada por la resistencia. Por tanto, al tratarse de una gran intensidad pasando por tal resistencia, la corriente perderá energía, que será emitida en forma de energía térmica, por lo que el aire de alrededor se calentará mucho.
El sonido se crea cuando la chispa calienta el aire del entorno por donde pasa. Al calentarse las moléculas de aire tienden a expandirse a gran velocidad. Sin embargo, cuando se chocan con las moléculas de aire frio, la temperatura del aire que se ha calentado, vuelve a enfriarse rápidamente, y se encoge. Esta expansión-contracción del aire es la que produce el sonido.
La luz se crea cuando la corriente pasa por las moléculas del aire. El aire al transformarse en medio conductor, la corriente eléctrica pasa por las moléculas. La corriente tiene gran energía, por lo que se transfiere un poco a los electrones de las moléculas y hace que se exciten o se ionicen. Cuando la corriente haya pasado, los electrones siguen excitados, por lo que tenderán a relajarse volviendo al estado normal. Al volver a ese estado, los electrones liberaran energía en hondas, que se verá reflejado en forma de luz.
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