Informe Completo Del Generador de Van Der Graff

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

ÍNDICE CONTENIDO: 1) INDICE 2) INTRODUCCION 3) OBJETIVOS 3.1) OBJETIVO GENERAL 3.2) OBJETIVO ESPECIFICO 4) JUSTIFICACION 5) FUNDAMENTO TEORICO 5.1) RESEÑA HISTORICA 5.2) DEFINICION DEL GENERADOR DE VAN DER GRAFF 5.3) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 5.4) CONSTITUCION DEL GENERADOR DE VAN DER GRAFF 5.5) EL CAMPO PRODUCIDO POR UN CONDUCTOR ESFERICO CARGADO 5.6) POTENCIAL DE LA ESFERA CONDUCTORA 5.7) APLICACIONES DEL GENERADOR DE VAN DER GRAFF 6) MATERIALES 7) PROCEDIMIENTO

8) CONCLUSIONES 9) RECOMENDACIONES

TEORIA DE CAMPOS ELECTROMAGNETICOS I

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INTRODUCCION DESDE EL PRINCIPIO DE LA HISTORIA EL HOMBRE HA TRATADO DE EXPLICAR CIERTOS FENOMENOS DE LA VIDA MEDIANTE EXPERIMENTOS.EL HOMBRE HA TRATADO DE EXPERIMENTAR UN SINNUMERO DE COSAS Y GRANDES DESCUBRIMIENTOS SON PRODUCTO DE ELLO.ACTUALMENTE INFINIDAD DE EXPERIMENTOS SE BASAN EN LOS PRINCIPIOS FIJADOS EN DIVERSAS CIENCIAS TALES COMO LA FISICA, QUIMICA, ASTRONOMIA, ETC. EN LA FISICA SE HAN DESARROLLADO DIVERSOS INVENTOS, EN LOS CUALES SE ENCUENTRAN GENERADORES ELECTROSTATICOS CAPACES DE PRODUCIR ALTISIMAS TENSIONES CON UNA PEQUEÑA INTENSIDAD DE CORRIENTE.HOY EN DIA SOLO SE USAN MAS BIEN PARA LAS CLASES DE FISICA EN DONDE TIENE QUE VER LA ELECTROSTATICA O PARA EXHIBICIONES EN LOS MUSEOS DE CIENCIA.EL EJEMPLO DEL QUE VAMOS A EXPLICAR EN ESTE INFORME SERA EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF. EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF ES UNA MAQUINA QUE ALMACENA CARGA ELECTRICA EN UNA ESFERA CONDUCTORA GRACIAS A LA FRICCION QUE EXISTE EN LA BANDA SOBRE UNAS ESCOBILLAS DE UN MATERIAL CONDUCTOR. LAS CARGAR SON TRANSPORTADAS POR LAS ESCOBILLA CONECTADA A LA ESFERA EN DONDE SE ACUMULAN LAS CARGAS. ADEMAS SE EXPLICAN LOS PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, COMPONENTES, LAS APLICACIONES QUE SE LE DA EN LA VIDA DIARIA Y CIERTOS FENOMENOS QUE SE GNEERAN EN ESTOS GENERADORES.


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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: -

CONSTRUIR EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF CON LOS FINES DE REALIZAR DISTINTAS PRUEBAS DE SU FUNCIONAMIENTO Y CONOCER COMO SE ORIGINAN LOS EFECTOS ELECTROSTATICOS QUE ES LO QUE SE NECESITA APRENDER EN ESTE CURSO COMO BASE PARA LOS DEMAS CURSOS POSTERIORES.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: -

ANALIZAR LOS FENOMENOS EN LOS QUE SE BASA EL GENERADOR PARA QUE TENGAN UN BUEN FUNCIONAMIENTO DEBIDO AL MOMENTO DE DEMOSTRARLO. IDENTIFICAR EN QUE SE BASA EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF DEMOSTRAR QUE EL GENERDOR DE VAN DER GRAFF FUNCIONE GENERANDO A GRANDES VOLTAJES Y A BAJA CORRIENTE

JUSTIFICACION LA FISICA, CUANDO SE TOCA EL TEMA DE ELECTROSTATICA NO ES TAN FACIL DE ENTENDER CUANDO UNO COMIENZA A VER ESTOS TEMAS POR PRIMERA VEZ. CREO QUE ES IMPORTANTE DISPONER DEL GENERADOR DE VAN DER GRAFF EN ESTOS CASOS PARA QUE SEA UNA FORMA DE ENSEÑANZA DE TAL MANERA QUE SIRVA PARA QUE NOSOTROS, ESTUDIANTES, PODAMOS ENTENDER LA ELECTROSTATICA DE UNA FORMA VISUAL Y MAS FACIL DE COMPRENDER.

TEORIA DE CAMPOS ELECTROSTATICOS I

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MARCO TEORICO RESEÑA HISTORICA: 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. 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 UN MEGAVOLTIO. EN 1937, LA “WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY” CONSTRUYÓ UN GENERADOR DE VAN DE GRAAFF DE 65 PIES (20 METROS) CAPAZ DE GENERAR 5 MEGA VOLTS, MARCANDO ASÍ EL COMIENZO DE LA INVESTIGACIÓN NUCLEAR PARA APLICACIONES CÍVICAS. UN DESARROLLO MÁS RECIENTE ES EL “TANDEM VAN DE GRAFF ACCELERATOR”, QUE CONTIENE UNO O MÁS GENERADORES DE VAN DE GRAFF, EN LA QUE IONES CARGADOS NEGATIVAMENTE SE ACELERAN POR MEDIO DE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ANTES DE SER SEPARADOS EN DOS O MÁS ELECTRONES DENTRO DE UN TERMINAL DE ALTO VOLTAJE, PARA SER ACELERADOS NUEVAMENTE. UN EJEMPLO DE UNA OPERACIÓN TRIFÁSICA HA SIDO CONSTRUIDA EN EL LABORATORIO NUCLEAR DE OXFORD EN 1964 DE UN INYECTOR DE UN SOLO EJE DE 10 MEGA VOLTS Y UNA DE 6 MEGA VOLTIOS EN TANDEM. EN LA ÉPOCA DE LOS 70’S SE PUDIERON ALCANZAR HASTA 14 MILLONES DE VOLTS EN EL TERMINAL DE TÁNDEM, EL CUAL UTILIZÓ UN TANQUE DE ALTA PRESIÓN DEL GAS HEXAFLOURURO DE AZUFRE (SF 6) PARA PREVENIR LA GENERACIÓN DE CHISPAS POR LOS ELECTRONES ATRAPADOS. EL POTENCIAL MÁS ALTO SOSTENIDO POR UN ACELERADOR DE VAN DE GRAFF ES DE 25.5 MV, ALCANZADO POR TANDEM EN “HOLIFIELD RADIOACTIVE ION BEAM FACILITY” EN “OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY”. LA “NUCLEAR STRUCTURE FACILITY” EN EL LABORATORIO DE DARESBURY ABIERTA A EXPERIMENTOS EN 1983. CONSISTÍA DE UN GENERADOR DE VAN DE GRAAFF OPERANDO RUTINARIAMENTE A 20MV, CONTENIDA EN UN DISTINTIVO EDIFICIO DE 70 METROS DE ALTURA. DURANTE SU CICLO DE VIDA, ACELERÓ 80 DIFERENTES TIPOS DE HAZ DE IONES PARA USO EXPERIMENTAL, EN UN RANGO DESDE PROTONES HASTA URANIO.

EN LA ACTUALIDAD EXISTEN GENERADORES DE ELECTRICIDAD CAPACES DE ALCANZAR DIFERENCIAS DE VOLTAJE MUY SUPERIORES AL GENERADOR DE VAN GRAAFF PERO DIRECTAMENTE EMPARENTADOS CON ÉL.


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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL DEFINICION: UN GENERADOR DE VAN DER GRAFF ES UN ARTEFACTO QUE CREA DIFERENCIAS DE POTENCIAL O TENSIONES, PRODUCIENDO EN ELLO GRANDES VOLTAJES. EL SISTEMA SE BASA EN LOS FENOMENOS DE ELECTRIZACION POR CONTACTO. PARA ELLO SE VA A EMPLEAR UNA BANDA MOVIL AISLANTE EN LA CUAL SE VA A TRANSPORTAR ELEVADAS CANTIDADES DE CARGA ELECTRICA, GENERADAS POR CONTACTO, HACIA LA PARTE SUPERIOR DONDE SE ENCUENTRA UN CILINDRO METALICO HUECO QUE ACTUA COMO TERMINAL. LAS DIFERENCIAS DE POTENCIAL QUE SE PUEDEN LLEGAR AL GENERADOR DE VAN DER GRAFF MODERNO PUEDEN LLEGAR DE SER HASTA DE 5 MEGA VOLTIOS. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: EL GENERADOR NO VA A NECESITAR DE UN APORTE DE CARGAS DESDE EL EXTERIOR PARA EL INICIO DE SU FUNCIONAMIENTO. EL MOTOR VA A HACER GIRAR EL RODILLO DE LA PARTE INFERIOR QUE AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA CORREA AISLANTE VA A PRODUCIR UNA SEPARACION DE CARGAS, ES LO QUE SE LE CONOCE COMO EFECTO TRIBOELECTRICO. TANTO EL RODILLO COMO LA CORREA VAN A ADQUIRIR LAS MISMAS CARGAS PERO DE SIGNO OPUESTO, ESTO VA A DEPENDER DE LOS MATERIALES CON LOS QUE SE CONSTRUYA. EL RODILLO INDUCE CARGAS DE DISTINTO SIGNO EN LA MALLA METALICA INFERIOR, EL INTENSO CAMPO ELECTRICO QUE SE FORMA ENTRE ESTOS DOS ELEMENTOS IONIZA EL AIRE QUE LOS RODEA. LAS CARGAS DE LA MALLA DE ALUMINIO NO ABANDONAN EL METAL, PERO SE FORMA UN PLASMA CONDUCTOR DEBIDO AL FUERTE CAMPO ELECTRICO CREADO, QUE HACE QUE FINALMENTE ESTAS CARGAS SE REPELEN.


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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL PARTES EN UN GENERADOR DE VAN DER GRAFF: 1. UNA ESFERA METALICA HUECA EN LA PARTE SUPERIOR. 2. UNA COLUMNA AISLANTE DE APOYO QUE ES NECESARIA PARA QUE PUEDA SOPORTAR EL ARMADO 3. DOS RODILLOS DE DIFERENTES MATERIALES: EL SUPERIOR, QUE GIRA LIBRE ARRASTRADO POR LA CORREA Y EL INTERIOR MOVIDO POR UN MOTOR CONECTADO A SU EJE. 4. DOS “PEINES” METALICOS, UNO SUPERIOR Y OTRO INFERIOR, PARA IONIZAR EL AIRE. EL INFERIOR ESTA CONECTADO A TIERRA Y EL SUPERIOR AL INTERIOR DE LA ESFERA 5. UNA CORREA TRANSPORTADORA DE MATERIAL AISLANTE, DE PREFERENCIA QUE SE DE UN COLOR CLARO YA QUE ESO QUERA DECIR DE QUE NO HAY COMPONENTES DE CARBONO, LO CUAL LA HARIAN CONDUCTORA. 6. UN MOTOR ELECTRICO MONTADO SOBRE LA BASE AISLANTE CUYO EJE TAMBIEN ES EL EJE DEL CILINDRO INFERIOR. CAMPO PRODUCIDO POR UN CONDUCTOR ESFERICO: EL TEOREMA DE GAUSS AFIRMA QUE EL FLUJO DEL CAMPO ELECTRICO A TRAVES DE UNA SUPERFICIE CERRADA ES IGUAL AL COCIENTE ENTRE LA CARGA NETA ENCERRADA Y LA PERMIBILIDAD EN EL VACIO.

∅ = ∮. =  SE CONSIDERA UNA ESFERA HUECA DE RADIO R CARGADA CON UNA CARGA Q. LA APLICACIÓN DEL TEOREMA DE GAUSS REQUIERE ESTOS PASOS:


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∮. = ∮..cos0 =  ∮ = .42 =0 ( < ),= 4 2 (  > ) POTENCIAL EN UNA ESFERA CONDUCTORA: POTENCIAL ES LA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE EL PUNTO P DE UNA ESFERA A UNA DISTANCIA R DEL CENTRO DE LA ESFERA Y EL INFINITO. COMO EL CAMPO EN EL INTERIOR DE LA ESFERA CONDUCTORA ES CERO, EL POTENCIAL ES CONSTANTE EN TODOS LOS PUNTOS. EL POTENCIAL EN LA SUPERFICIE DE LA ESFERA ES EL AREA SOMBREADA.

∞   = ∫ 4 2  =

 4

SE DENOMINA CAPACIDAD DE LA ESFERA AL COCIENTE ENTRE LA CARGA Y SU POTENCIAL :

 =  =4 APLICACIONES DEL GENERADOR DE VAN DER GRAFF: -

LA PRODUCCION DE RAYOS X ESTERILIZACION DE ALIMENTOS EXPERIMENTOS DE FISICA DE PARTICULAS FISICA NUCLEAR


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MATERIALES -

BASE DE MADERA

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BANDA AISLANTE O DE GOMA

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TUBO PVC

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ALAMBRES DE COBRE(ESCOBILLAS)

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2 CUENCOS DE ACERO INOXIDABLE

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TORNILLOS

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MOTOR DE LICUADORA

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2 RODILLOS DE DIFERENTE MATERIAL

PROCEDIMIENTO -

CORTAR LA MADERA PARA TENER LAS MEDIDAS DE LA BASE

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PONER LOS CLAVOS COMO EJES DE LOS RODILLOS

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HACER AGUJEROS PARA AJUSTAR LOS EJES DE LOS RODILLOS CON LA MEDIDA DE LA BANDA AISLANTE

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CREAR ESCOBILLAS CON EL ALAMBRE EL COBRE

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AJUSTAR CON LOS CLAVOS EL TUBO PVC CON LA BASE DE MADERA

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INSTALAR EL MOTOR QUE ESTARA ABAJO DEL PVC


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CONCLUSIONES -

EL GENERADOR DE VAN DER GRAFF ES UN DISPOSITIVO QUE GENERA ELECTRICIDAD ESTATICA BASANDOSE EN LOS FENOMENOS DE ELECTRIZACION POR CONTACTO.

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ES MUY UTIL EN LA FISICA Y EN DIVERSAS APLICACIONES COMO EN LOS RAYOS X POR EJEMPLO.

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ES UNO DE LOS INSTRUMENTOS MAS USADOS PARA DESARROLLAR NUEVAS TECNOLOGIAS DE RAYOS X

RECOMENDACIONES -

EL MOVIMIENTO GENERADO DEL MOTOR ES MUY IMPORTANTE YA QUE ESTE NOS PERMITE CARGAR A NUESTRA ESFERA METALICA.

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LOS MATERIALES DE LA BANDA Y DE LOS RODILLOS SON MUY IMPORTANTES EN SU APLICACIÓN PARA TENER UNA MATOR CONDUCCION DE LAS CARGAS HACIA LA ESFERA.


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Informe Completo Del Generador de Van Der Graff

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