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Generador de van de graaff


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GENERADOR DE VAN DE GRAAFF
Andrés Mauricio Castañeda Castañeda (244467)

e-mail: andmcastanedacas@unal.edu.co

Universidad Nacional de Colombia- Sede Bogotá

Mayo-2010



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RESUMEN
Una aplicación interesante del electromagnetismo se da en el funcionamiento del generador de Van de Graaff como se mostrará a continuación. Por lo cual se presentarán en este artículo los principios básicos de funcionamiento, algunas pautas para la construcción y diseño de uno de estos generadores, con el fin de ilustrar conceptos básicos sobre el avance y desarrollo de una de las aplicaciones más interesantes de esta rama de la física, como es un acelerador de partículas, el cual ha permitido un avance científico y tecnológico desde 1931, año en el cual fue creado.
ABSTRACT
An interesting application of electromagnetism is given on the operation of the generator of Van de Graaff as shown below. Therefore be presented in this article the basic principles of operation, some guidelines for design and construction of these generators, to illustrate basic concepts on the progress and development of one of the most interesting applications of this branch of physics, such as a particle accelerator, which has allowed a scientific and technological progress since 1931, the year in which it was created.


Introducción.

El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 megavoltios Es un generador de corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

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 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de 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.



Funcionamiento del generador de Van de Graaff



En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechas de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario.

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 hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.

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 E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica).

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.
Conclusiones
Como se pudo ver anteriormente el Generador de Van de Graaff es un aparato muy útil en la física, como sabemos 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 articulo se presentaron las partes por las que se compone y como funciona el instrumento en su totalidad, también se presentaron algunas nociones de la construcción del aparato desarrollando conceptos básicos en el desarrollo de todo lo que tiene que ver con este instrumento.

Referencias


  1. A low-jitter pulse generator for a Van de Graaff electron accelerator
    International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part C. Radiation Physics and Chemistry, Volume 32, Issue 6, 1988, Pages 761-766
    E. Janata

  2. Report on the present status of the high energy Van De Graaff generator constructed at the bartol research foundation of the Franklin Institute
    Journal of the Franklin Institute, Volume 255, Issue 6, June 1953, Page 571
    C.P. Swann

  3. Microcomputer control of 3 MV Van de Graaff accelerator
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volumes 10-11, Part 2, 15 May 1985, Pages 814-816
    M. Brendle

  4. Van de Graaff accelerators of the future
    Nuclear Instruments and Methods, Volume 122, November-December 1974, Pages 277-285
    Charles H. Goldie, John G. Trump

  5. An automatic running system for a 500 kV Van de Graaff generator
    Nuclear Instruments and Methods, Volume 119, July-August 1974, Pages 395-396
    C. -O. Wene, E. Karlsson






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