1. Integrantes:Alvarado Chasi Andres CristianVillamagua Jimenez Darwin JavierCurso: Tercer año de BachilleratoEspecialidad:“Fisico Mateamtico”Paralelo: “B”Docente: Lic. José ValverdeAño Lectivo 2008-2009787593131970 UNIDAD EDUCATIVA EXPERIMENTAL “BERNARDO VALDIVIESO” Integrantes: Cristian Andrés Alvarado Darwin Javier Villamagua Curso: 3er año de Bachillerato Especialidad: Físico Matemática Paralelo: “B” Fecha: 2009-05-28 GENERADOR DE VAN DER GRAFF FUNDAMENTOS TEORICOS Naturaleza Eléctrica de la Materia Los fenómenos eléctricos de la materia se conocen desde la antigüedad, pero su explicación científica es muy posterior. Los griegos fueron los primeros en descubrir que el Ámbar (en griego élecktron) al ser frotado con un paño, adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros como trocitos de papel, hilos o plumas. Por esta razón, cuando los cuerpos al ser frotados se comportan como el Ámbar decimos que electrizan o que se han cargado eléctricamente. Campo eléctrico Es la Región, sector o zona en la cual se siente la presencia de una carga eléctrica de un cuerpo electrizado para una carga positiva las líneas de fuerza se propagan desde el centro hacia afuera y para una carga negativa de afuera hacia adentro y por lo tanto el campo del primero es de expansión y del segundo es de contracción. Intensidad del Campo Eléctrico Denominase a la cantidad de líneas de fuerza que actúa sobre cada superficie que tiene el campo eléctrico. La intensidad del campo eléctrico, la relación existe entre la fuerza electrostática y la carga que lo produce Potencial Eléctrico. Denominase al trabajo que debe desarrollase para transportas una carga eléctrica entre dos puntos cualesquiera dentro de su campo eléctrico Voltio Unidad de potencial del sistema internacional existe cuando se ha efectuado un joule de trabajo para transportar un columbio de carga entre los puntos cualesquiera dentro del campo eléctrico también se define como la fuerza necesaria de un Newton para desplazar un columbio de carga en un metro de distancia. Ley Cualitativa: Habla de las características de las cargas. Cuerpos cargados con igual tipo de carga siempre se repelen y cuerpos con diferentes tipos de cargas siempre se atraen. Ley Cuantitativa: Cantidad de fuerza con que se atraen o repelen La fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos electrizados, esta en la relación directa al producto de sus cargas, en relación inversa al cuadrado de las distancias que los separa y afectadas por una misma constante de permiatividad. ¿Qué es un generador de generador de van Der Graff? Es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo magnético y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas TIPOS: El que origina la ionización del aire situado en su parte inferior, frente a la correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente conectado a la red eléctrica y que crea un gran voltaje) El que se basa en el efecto de electrización por contacto. En este modelo el motor externo sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela igual funciona un motor En este proyecto construimos el segundo tipo ya que coincide con el modelo didáctico de estudio MATERIALES Base de madera Un tubo PVC de ¾ Banda de goma(liga) Conector “T” PVC de ¾ Un pequeño motor Un acople PVC de ¾ U pequeño clavo Un pequeño tubo de vidrio (fusible) Silicona Una lata de soda Cable Pilas Un baso de Plastoform MONTAJE DEL EQUIPO Y DESCRIPCION: Lo primero que hay que hacer es cortar la pieza del tubo PVC de unos 5 a 7 cm y se la coloca en la base de madera que esta a su ves puede tener una perforación al igual que el tubo o simplemente se la pega al tubo. Esta pieza sujetara al generador y esto nos permitirá quitar con facilidad así como reemplazar la liga o banda de goma o hacer ajustes. Luego de esto el conector “T” será el que sujetara el pequeño motor. Para sujetar al motor es mejor envolver alrededor algo de cinta aislante. Se puede dejar el eje tal como esta, pero es mejor ponerle algo de cinta aislante o un tubito de plástico para que actúe como polea para la banda de goma. Luego perforamos un agujero a un lado del conector T justo debajo de la polea del motor. Este agujero se usará para sujetar el “cepillo” inferior que es simplemente un cable pelado en un extremo y que está casi tocando la banda de goma en la polea. Como se ve en la foto, el cable pelado se sujeta en su lugar con cinta adhesiva o pegamento. Se coloca la banda de goma en la polea y se deja que cuelgue del conector T. Ahora, cortamos unos 8 a 10 cm de tubo ¾ PVC. Este irá sobre el conector T, con la banda de goma en el interior. Usamos un clavito para sujetar la banda de goma o liga. El largo del tubo debe de ser de la misma longitud que la banda de goma. Esta no debe estar muy estirada porque la fricción evitará que el motor gire. Cortamos el vaso de plastoform desde la base, dejando unos 2.5 cm y cortamos un agujero del mismo diámetro que el tubo en la base y al medio introducimos el tubo PVC por este agujero. Luego perforamos tres agujeros en el acople PVC. Dos de estos tienen que estar en lugares opuestos porque sujetaran el clavito que actuara como el eje para la banda de goma o liga. El tercer agujero se encuentra tan cerca que casi toca a la goma. El cepillo superior se sujeta al tubo de unión de PVC y el acople se pone en el tubo de ¾ sobre el soporte del vaso de plastoform. La banda de goma se jala por el acople y se lo sostiene en su lugar con el clavo. Se pela el cable y se le da unas vueltas para que los alambritos no se separen mucho. El otro extremo del cable se sujeta dentro de la lata de soda para que esté eléctricamente conectado al cepillo. Necesitamos un pequeño tubo de vidrio que funcione como polea de baja fricción y como complemento “triboeléctrico” de la banda de goma o liga, ambos nos servirán para generar electricidad estática por fricción. El vidrio y la goma son muy buenos generadores de electricidad. El tubo se consigue de un fusible eléctrico. Los extremos metálicos se quitan con un soldador. El tubito de vidrio no tiene ninguna imperfección y no se romperá fácilmente. El siguiente pasó o a continuación es un poco más difícil: metemos el calvito por uno de los agujeros en el tubo, luego se introduce el tubito de vidrio, después la banda de goma debe estar sobre el tubito de vidrio y finalmente metemos el clavito en el orificio del frente. La banda de goma debe girar sobre el tubito de vidrio y este girar sobre el clavito. Ahora encolamos la base del vasito en el tubo PVC. Es mejor usar silicona caliente para que ayude a que esté estable. Ahora ya podemos usar la lata de soda. Estas se usan porque no tienen esquinas, lo cual minimiza la “descarga de corona”. Con una cuchilla, corta un agujero en la base de la lata. Con el mismo borde del corte en la base, se hace sujetar el cable pelado del cepillo y se presiona la lata hasta que toque el baso cortado. Finalmente, soldamos unos cables al motor para las pilas se pueden usar un par de pilas, o una batería de 9 Voltios, pero la batería hace girar demasiado rápido al motor y se puede romper el tubo de vidrio aunque el voltaje obtenido es el más alto. Para hacer funcionar el Generador de Van Der Graff conectamos las pilas. Si los cepillos están muy cerca, pero sin tocar a la banda de goma, sentirás una chispa que sale de la lata de soda al acercar el dedo. Es buena idea sujetar con la otra mano el cable de abajo, del cepillo inferior. FUNCIONAMIENTO: La Banda de Goma o liga transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del cable inferior y la deja en la parte interna de la lata. La polea inferior está fuertemente electrizada (+), por el contacto y separación y esto no es un fenómeno de rozamiento con la superficie interna de la banda de goma o liga. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que esta hecho y del material de la liga. La polea induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas del cepillo. El intenso campo eléctrico que se establece entre la polea y las puntas del cepillo situadas a unos milímetros de lavanda de goma, ioniza el aire. Los electrones del cepillo no abandonan el metal pero el campo creado obtiene desprendiendo electrones del aire convirtiéndolos en plasma. El aire ionizado forma un plasma conductor “efecto corona” y al ser repelido por las puntas se convierte en viento eléctrico negativo. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras moléculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la banda de goma. Las cargas eléctricas negativas de las moléculas de aire adheridas a la superficie externa de la correa se desplazan hacia arriba. Frente a las puntas inferiores el proceso se repite y el suministro de carga está garantizado. La carga de la polea inferior es muy intensa porque la carga que se forma al rozar queda acumulada y no se retira, mientras que las cargas depositadas en la cara externa de la banda de goma se distribuyen en toda la superficie, cubriéndola a medida que va pasando frente a la polea. La densidad superficial de carga en la correa es mucho menor que sobre la polea. En la parte interna de la banda de goma van cargas opuestas a las de la polea, pero estas no intervienen en los procesos de carga de la lata. Es necesario reiterar que la banda de goma no es una conductora y la carga depositada sobre ella no se mueve sobre la superficie. El campo creado en el cepillo por efecto de las puntas ioniza el aire y lo transforma en plasma con electrones libres chocando con moléculas de aire. Las partículas de aire cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento eléctrico positivo). Las Cargas positivas neutralizan la carga de la banda do goma al chocar con ella. La banda de goma da la vuelta por arriba y baja descargada. El efecto es que las partículas de aire cargadas negativamente se van al cepillo y le ceden el electrón que pasa al interior de la lata de soda que adquiere la carga negativa. Por el efecto Faraday (que explica el por qué se carga tan bien una lata) toda la carga pasa a la esfera y se repele situándose en la cara externa. Gracias a esto la lata sigue cargándose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del cepillo al interior. CONCLUCIONES: El generador puede lograr una carga más alta de la lata si la polea superior se carga negativamente e induce en el cepillo cargas positivas que crean un fuerte campo frente a él y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la lata. RECOMENDACIONES: Un generador de Van Der Graff no funciona en el vacío. La Eficacia depende de los materiales del rodillo y de la banda de goma.