El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga electrica 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 cinco megavotios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos x, esterilizaciòn de alimentos y experimentos de fisica de particulas y fisica nuclear.
Historia.
El generador de Van de Graaff fue desarrollado a comienzos de 1929 por el físico Robert J. Van de Graaff en la Universidad de Princeton en conjunto, con la ayuda de su colega Nicholas Burke. El primer modelo fue demostrado en octubre de 1929. La primera máquina utilizó un bote común y corriente, un pequeño motor, y una banda de seda que fueron compradas en una tienda de variedades con lo cual, se hizo cargo del departamento de física solicitando cien dólares con el fin de mejorar las condiciones. Obtuvo el dinero, con cierta dificultad. Antes de 1931, reportó que había alcanzado los 1.5 millones de volts, diciendo que 'la máquina es simple, económica y portátil'. Un enchufe de lámpara común proporciona la energía necesaria. Según la aplicación de una patente, tenía dos esferas con acumulación de carga, cada una de 60 centímetros de diámetro montado en unas columnas de vidrio borosilicatado de 180cm de altura; el aparato tuvo un costo de solo $90 dólares en 1931.
Van de Graaff aplicó para una segunda patente en diciembre de 1931, el cual fue asignado al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) a cambio de una parte de los ingresos netos. Luego la patente fue dada por hecho.
En 1933, Van de Graaff construyó un modelo de 40 pies (12 m) en la instalación de Round Hill del MIT, el cual fue donado al Coronel Edward H. R. Green.
Consta de:
1.- Una esfera metálica hueca en la parte superior.
2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.
3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.
4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.
5.- Una correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica que no lleva componentes de carbono que la harían conductora).
6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.
Funcionamiento
Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior.
Veamos el funcionamiento de uno didáctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal.
El rodillo inferior está fuertemente electrizado (+), por el contacto y separación (no es un fenómeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que está hecho y del material de la correa.
 | El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo 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 correa . Las cargas eléctricas negativas (moléculas de aire con carga negativa) 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 del rodillo 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 correa se distribuyen en toda la superficie, cubriéndola a medida que va pasando frente al rodillo. La densidad superficial de carga en la correa es mucho menor que sobre el rodillo.
Por la cara interna de la correa van cargas opuestas a las del cilindro, pero estas no intervienen en los procesos de carga de la esfera.
El rodillo induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas del “peine” metálico.
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