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Escala triboeléctrica En realidad la palabra "tribo" significa rozar, pero la electrización no es un fenómeno de rozamiento, es un fenómeno de contacto. Se puede escribir una escala triboeléctrica basada en la carga que adquieren los distintos materiales al ponerse en 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

Generador de Vdg

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Escala triboelctricaEn realidad la palabra "tribo" significa rozar, pero la electrizacin no es un fenmeno de rozamiento, es un fenmeno de contacto.Se puede escribir una escala triboelctrica basada en la carga que adquieren los distintos materiales al ponerse en contacto y rozar unos con otros. Se ordenan de manera que puestos en contacto y separados dos materiales descargados, aquel que se lleve ms electrones quedar cargado negativamente y el que quede con menos positivamente.Esta es una lista abreviada de materiales ordenados segn la carga relativa que adquieren.Materialesmspositivosairevidrio pulidofibra sintticapiel de conejomicalanapiel de gatoplomo aluminiopapelLos materiales que estn ms prximos al extremo ms negativo, tienen propensin a adquirir carga elctrica negativa al rozar con materiales situados encima de ellos.Los materiales ms prximos al extremo ms positivo tienen tendencia adquirir carga elctrica positiva al rozar con los situados debajo de ellos.Para adquirir una carga mxima los materiales puestos en contacto debe estar lo ms apartados posible el uno del otro en esta lista

Materiales neutrosalgodnpapelebonitaaceromaderacauchoresinacobre nquelplataazufrevidrio sin puliracetato(celuloide)polisterpoliuretanopolipropilenovinilo (PVC)silicona

Materialesmsnegativostefln

El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electrforo de funcionamiento continuo.Se basa en los fenmenos de electrizacin por contacto y en la induccin de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.El primer generador electrosttico fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el ao 1931 y desde entonces no sufri modificaciones sustanciales.

Existen dos modelos bsicos de generador: el que origina la ionizacin del aire situado en su parte inferior, frente a la correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente conectado a la red elctrica y que crea un gran voltaje) el que se basa en el efecto de electrizacin por contacto. En este modelo el motor externo slo se emplea para mover la correa y la electrizacin se produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual que con el motor. Nosotros vamos a construir y a estudiar uno de este ltimo tipo, que coincide con los generadores didcticos que existen en los centros docentes.En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cpula donde, por efecto Faraday, se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando ms y ms hasta conseguir una gran carga.DESCRIPCIN CONSTA DE:

1.- Una esfera metlica hueca en la parte superior.2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseo 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 metlicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior est 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 haran conductora).6.- Un motor elctrico montado sobre una base aislante cuyo eje tambin es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

FuncionamientoUna correa transporta la carga elctrica que se forma en la ionizacin 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 didctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal.El rodillo inferior est fuertemente electrizado (+), por el contacto y separacin (no es un fenmeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que est hecho y del material de la correa. Ver escala triboelctrica. El rodillo induce cargas elctricas opuestas a las suyas en las puntas del peine metlico.El intenso campo elctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del peine situadas a unos milmetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtindolo en plasma.El aire ionizado forma un plasma conductor -efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento elctrico negativo. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras molculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa.

Las cargas elctricas negativas (molculas 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 est 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, cubrindola 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.Recuerda que la correa no es conductora y la carga depositada sobre ella no se mueve sobre su superficie.Parte Superior Supongamos que nuestro generador tiene un rodillo de tefln que se carga negativamente por contacto con la correa. Este rodillo repele los electrones que llegan por la cara externa de la correa. El peine situado a unos milmetros frente a la correa tiene un campo elctrico inducido por la carga del cilindro y de valor intenso por efecto de las puntas. Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera.

Un generador de Van der Graff no funciona en el vaco.La eficacia depende de los materiales de los rodillos y de la correa.El generador puede lograr una carga ms alta de la esfera si el rodillo superior se carga negativamente e induce en el peine cargas positivas que crean un fuerte campo frente a l y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la esfera.El campo creado en el peine por efecto de las puntas ioniza el aire y lo transforma en plasma con electrones libres chocando con molculas de aire. Las partculas de aire cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento elctrico positivo). Las cargas positivas neutralizan la carga de la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y baja descargada.El efecto es que las partculas de aire cargadas negativamente se van al peine y le ceden el electrn que pasa al interior de la esfera metlica de la cpula que adquiere carga negativa. Por el efecto Faraday (que explica el por qu se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situndose en la cara externa. Gracias a esto la esfera sigue cargndose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del peine al interior.

Principios en que se basa el GVG Electrizacin por frotamiento -triboelectricidad- (ver electrforo). Faraday explic la transmisin de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga. Induccin de carga. Efecto de las puntas: ionizacin. Trucos para afinar su funcionamientoLos rodillos y la correa son el alma del generador de Van der Graff y deben ser de los materiales ms adecuados (ms separados en la escala triboelctrica).Segn la combinacin de materiales con que se hagan los rodillos inferior, correa y rodillo superior, la esfera se cargar negativa o positivamente.Si el inferior es de aluminio, el superior de plstico y la correa de caucho sin grafito, la esfera se cargar positivamente. Raznalo observando las cargas que se inducen segn la escala triboelctrica.Los rodillos deben ser ms anchos por el centro que por los lados (abombados) para que la presin sobre la correa elstica descienda del centro a los lados y haga que esta no escape al girar.La correa debe ser lo ms fina posible para que su propia masa no la abombe al girar y la fuerza centrpeta originada no la impulse hacia los lados hacindola oscilar.La cinta debe ser de color claro porque las oscuras tienen carbono y esto las hace conductoras y no aislantes.

Formas de cargar elctricamente un cuerpo

Electrizacin por contacto Se puede cargar un cuerpo con slo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero tambin queda con carga positiva.

B.-Electrizacin por frotamiento Al frotar dos cuerpos elctricamente neutros (nmero de electrones = nmero de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa Si frotas una barra de vidrio con un pao de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si frotas un lpiz de pasta con un pao de lana, hay un traspaso de electrones del pao a al lpiz.

C.-Electrizacin por induccin Un cuerpo cargado elctricamente puede atraer a otro cuerpo que est neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interaccin elctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.Como resultado de esta relacin, la redistribucin inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a ste.En este proceso de redistribucin de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas est cargado positivamente y en otra negativamente. Decimos entonces que aparecen cargas elctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. . .

En trminos de movimiento de electrones, cuando...A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra.B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra:Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metlica neutra y aislada:Se atraen los cuerpos.

Distribucin de las cargas en un conductor:En los cuerpos conductores las cargas elctricas se pueden mover con libertad, casi sin resistencia. En forma experimental se ha descubierto que en los conductores huecos, las cargas no se encuentran en su interior sino en la superficie.A medida que un cuerpo aislado es ms puntiagudo, las cargas se acumulan en mayor proporcin en su punta y cuando esta afilada la elevada concentracin de las cargas hace que se rechacen entre s con tan fuerza que pasen al aire. En consecuencia, las molculas gaseosas prximas se ionizan y son repelidas por la punta cargada con electricidad del mismo signo, originando el llamado VIENTO ELECTRICO (poder de las puntas).El pararrayos:Es una aplicacin del poder de las puntas y de los fenmenos de induccin. Su inventor fue Benjamn Franklin. Mucha gente haba ya imaginado que el rayo podra ser una chispa elctrica, del mismo tipo que se producan en el laboratorio, pero de un poder tremendo. Para confirmar esta teora hizo una serie de experimentos con un cometa que remontaba los das de tormenta; los resultados confirmaron la teora: las nubes tormentosas llevaban grandes cantidades de electricidad. Entonces Franklin instal en su casa una barra metlica muy alta que estaba unida con un alambre a un juego de campanas; cuando las nubes estaban suficientemente cargadas, atraan las cargas contrarias de la superficie terrestre que se concentraban en el asta, el alambre y las campanas, sobre todo en el asta y finalmente escapaban por la punta. Las campanas sonaban con gran estrpito.El 6 de agosto de 1753 un fsico llamado Richmann, muri a consecuencia de una poderosa descarga elctrica, en un da de tormenta mientras experimentaba con un pararrayos.Actualmente todos los edificios importantes poseen pararrayos en su parte superior. El asta metlica, terminada en varias puntas, debe estar muy bien conectada a tierra, para que las cargas pasen sin daar. Adems el pararrayos se complementa con un enrejado metlico que constituye una jaula de Faraday que protege el interior del edificio de las perturbaciones elctricas provocadas por las descargas.En los ltimos aos los fsicos han estudiado sistemticamente los rayos y as han llegado a comprobar que hay dos clases de rayos: uno caliente y otro fro. El rayo caliente es una descarga

Consta de:1.- Una esfera metlica hueca en la parte superior.2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseo 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 metlicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior est 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 haran conductora).6.- Un motor elctrico montado sobre una base aislante cuyo eje tambin es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

FuncionamientoUna correa transporta la carga elctrica que se forma en la ionizacin 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 didctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal.El rodillo inferior est fuertemente electrizado (+), por el contacto y separacin (no es un fenmeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que est hecho y del material de la correa. Ver escala triboelctrica.El rodillo induce cargas elctricas opuestas a las suyas en las puntas del peine metlico.El intenso campo elctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del peine situadas a unos milmetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtindolo en plasma.El aire ionizado forma un plasma conductor -efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento elctrico negativo. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras molculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa .

Las cargas elctricas negativas (molculas 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 est 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, cubrindola 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.Recuerda que la correa no es conductora y la carga depositada sobre ella no se mueve sobre su superficie.Parte superiorSupongamos que nuestro generador tiene un rodillo de tefln que se carga negativamente por contacto con la correa. Este rodillo repele los electrones que llegan por la cara externa de la correa. El peine situado a unos milmetros frente a la correa tiene un campo elctrico inducido por la carga del cilindro y de valor intenso por efecto de las puntas. Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera. Un generador de Van der Graff no funciona en el vaco.La eficacia depende de los materiales de los rodillos y de la correa.El generador puede lograr una carga ms alta de la esfera si el rodillo superior se carga negativamente e induce en el peine cargas positivas que crean un fuerte campo frente a l y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la esfera.El campo creado en el peine por efecto de las puntas ioniza el aire y lo transforma en plasma con electrones libres chocando con molculas de aire. Las partculas de aire cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento elctrico positivo). Las cargas positivas neutralizan la carga de la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y baja descargada.El efecto es que las partculas de aire cargadas negativamente se van al peine y le ceden el electrn que pasa al interior de la esfera metlica de la cpula que adquiere carga negativa. Por el efecto Faraday (que explica el por qu se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situndose en la cara externa. Gracias a esto la esfera sigue cargndose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del peine al interior.

Principios en que se basa el GVG Electrizacin por frotamiento -triboelectricidad- (ver electrforo). Faraday explic la transmisin de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga. Induccin de carga. Efecto de las puntas: ionizacin. Trucos para afinar su funcionamientoLos rodillos y la correa son el alma del generador de Van der Graff y deben ser de los materiales mas adecuados (ms separados en la escala triboelctrica).Segn la combinacin de materiales con que se hagan los rodillos inferior, correa y rodillo superior, la esfera se cargar negativa o positivamente.Si el inferior es de aluminio, el superior de plstico y la correa de caucho sin grafito, la esfera se cargar positivamente. Raznalo observando las cargas que se inducen segn la escala triboelctrica.Los rodillos deben ser ms anchos por el centro que por los lados (abombados) para que la presin sobre la correa elstica descienda del centro a los lados y haga que esta no escape al girar.La correa debe ser lo ms fina posible para que su propia masa no la abombe al girar y la fuerza centrpeta originada no la impulse hacia los lados hacindola oscilar.La cinta debe ser de color claro porque las oscuras tienen carbono y esto las hace conductoras y no aislantes