Generador de Van de Graaff para niños
El generador de Van de Graaff es un aparato especial que usa una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica dentro de una esfera de metal hueca. Fue inventado por Robert J. van de Graaff. Los generadores modernos pueden crear diferencias de potencial de hasta 5 millones de voltios (5 MV).
Contenido
¿Qué es un Generador de Van de Graaff?
Un generador de Van de Graaff es una máquina que produce electricidad estática de forma segura y visible. Es muy popular en museos de ciencia y escuelas para mostrar cómo funciona la electricidad.
¿Cómo Funciona?
El generador tiene una cinta transportadora hecha de un material aislante, como goma o seda. Esta cinta se mueve gracias a un motor. Mientras la cinta se mueve, recoge carga eléctrica de un rodillo en la parte de abajo. Luego, transporta esa carga hacia arriba, hasta una esfera de metal hueca.
Dentro de la esfera, hay una varilla metálica o "peine" que está muy cerca de la cinta, pero sin tocarla. Esta varilla "recoge" la carga de la cinta y la transfiere a la esfera. Como la esfera es un conductor, la carga se distribuye por toda su superficie. Si una persona toca la esfera mientras está funcionando y está aislada del suelo, su cabello puede erizarse porque cada pelo adquiere la misma carga y se repelen entre sí.
Un Poco de Historia
La idea de un generador electrostático que transporta carga mecánicamente no es nueva. Ya en 1867, William Thomson (Lord Kelvin) inventó el Generador de Kelvin, que usaba gotas de agua cargadas. Fue el mismo Kelvin quien sugirió usar una correa en lugar de agua.
Primeros Pasos
La primera máquina electrostática que usó una correa larga para transportar carga fue construida en 1872 por Augusto Righi. Usó una correa de caucho con anillos de alambre. Otros inventores como John Gray y Juan Burboa también crearon máquinas similares. Una inspiración más directa para Van de Graaff fue el generador de W. F. G. Swann, que usaba bolas metálicas que caían para transportar la carga.
El generador de Van de Graaff fue desarrollado a principios de 1929 por el físico Robert J. Van de Graaff en la Universidad de Princeton, con la ayuda de Nicholas Burke. El primer modelo se mostró en octubre de 1929. Era muy sencillo: usaba un bote, un motor pequeño y una banda de seda comprada en una tienda. Van de Graaff logró alcanzar 1.5 millones de voltios (1.5 MV) y dijo que su máquina era "simple, económica y portátil".
Grandes Generadores
En 1933, Van de Graaff construyó un modelo de 12 metros (40 pies) de altura en el MIT. En 1937, la empresa Westinghouse Electric construyó un generador de Van de Graaff de 20 metros (65 pies) capaz de generar 5 MV. Estas máquinas gigantes se usaron para investigar la física nuclear.
Avances Modernos
Un desarrollo más reciente es el "Acelerador Tandem Van de Graaff", que puede alcanzar voltajes aún mayores. En los años 70, se lograron hasta 14 MV usando un gas especial para evitar chispas. El potencial más alto alcanzado por un acelerador de Van de Graaff es de 25.5 MV.
Otro avance es el "pelletron", que reemplaza la cinta de goma por una cadena de conductores. Esto permite que la máquina funcione a mayor velocidad y genere voltajes y corrientes más grandes. Por ejemplo, el acelerador de 15 MV en la Universidad Nacional Australiana tiene cadenas de más de 20 metros de largo que pueden viajar a más de 50 kilómetros por hora.
La Nuclear Structure Facility (NSF) en Daresbury, Reino Unido, usó un generador de Van de Graaff que operaba a 20 MV. Aceleró muchos tipos de iones para experimentos, ayudando a descubrir cosas importantes sobre los núcleos atómicos.
¿Dónde Puedes Ver uno?
Muchos museos de ciencia tienen generadores de Van de Graaff en exhibición. Uno de los más grandes del mundo, construido por el propio Robert J. Van de Graaff, está en el Museo de Ciencias de Boston. Tiene dos esferas de aluminio de 4.5 metros (15 pies) y puede alcanzar 2 MV. En estos museos, a menudo se hacen demostraciones donde el cabello de la gente se eleva o se crean pequeñas chispas, como si fueran relámpagos. También se usan en escuelas y ferias de ciencia para enseñar sobre la electricidad estática.
¿Es Mejor que Otros Generadores?
Existen otras máquinas electrostáticas antiguas, como la máquina de Wimshurst. Aunque pueden producir más corriente para algunos experimentos, el generador de Van de Graaff es especial porque puede alcanzar voltajes mucho más altos. Esto se debe a que su diseño, con la cinta transportando la carga al interior de una gran esfera hueca, minimiza la pérdida de carga y las chispas no deseadas. Por eso, el diseño de Van de Graaff ha sido clave para los aceleradores de partículas electrostáticos.
Experimentos Divertidos con el Van de Graaff
El generador de Van de Graaff es perfecto para mostrar fenómenos de la electricidad estática de forma segura y divertida.
La Jaula Mágica de Faraday
Una jaula de Faraday es como un escudo eléctrico. Es un espacio cerrado rodeado por un material conductor, como una malla metálica. Lo sorprendente es que, aunque haya campos eléctricos muy fuertes fuera de la jaula, dentro de ella no se siente nada.
Para demostrarlo, se puede colocar un electroscopio (un aparato que detecta carga eléctrica) dentro de una jaula de Faraday. Si acercamos la jaula al generador de Van de Graaff, el electroscopio no detectará ninguna carga. Esto muestra cómo la jaula protege lo que está dentro de los campos eléctricos externos. Si se repite el experimento sin la jaula, el electroscopio sí detectará la carga.
Las Campanas Musicales de Franklin
Este experimento muestra cómo las cargas eléctricas iguales se repelen y las opuestas se atraen. Se usan dos latas de refresco, un lápiz, hilo y papel de aluminio. Se crea un pequeño péndulo con una chapita de lata.
Cuando una de las latas se carga con electricidad estática (por ejemplo, al tocar la pantalla de un televisor encendido y apagado), atrae al péndulo sin carga. Una vez que el péndulo toca la lata, se carga con la misma electricidad y, como las cargas iguales se repelen, el péndulo se aleja. Luego, el péndulo se acerca a la otra lata (que no tiene carga o tiene la opuesta), le transfiere su carga y el ciclo se repite, haciendo que las "campanas" suenen.
¡Pelo de Punta!
Este es uno de los experimentos más populares. Una persona con cabello largo, fino y limpio se sube a una plataforma aislante (como una plancha de poliestireno) y toca la esfera del generador. Cuando el generador se enciende, la carga eléctrica pasa al cuerpo de la persona y se distribuye por toda su superficie. Como todos los pelos adquieren la misma carga, se repelen entre sí y se ponen de punta, ¡como si tuvieran vida propia!
El Viento Invisible
Si pegamos una aguja metálica a la esfera del Van de Graaff y acercamos una vela encendida, veremos cómo la llama se mueve. Esto ocurre porque la aguja concentra la carga y crea un "viento iónico" de partículas cargadas que empujan la llama. También se pueden colocar unas pequeñas hélices metálicas sobre la punta de la aguja; estas girarán por el mismo efecto del viento iónico.
Carga y Descarga de Energía
Los condensadores son dispositivos que pueden almacenar grandes cantidades de carga eléctrica. Con un generador de Van de Graaff, se pueden cargar condensadores de alta tensión. Este experimento debe ser realizado únicamente por un profesor, ya que los condensadores cargados pueden liberar una chispa muy potente al descargarse. Al acercar un condensador cargado a la esfera del generador o a un cable, se puede observar una chispa brillante, mostrando la liberación de la energía almacenada.
Galería de imágenes
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Generador de Van de Graaff.
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El generador sin la esfera de metal.
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El rodillo y peine superior.
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Generadores de Van de Graaff
Véase también
En inglés: Van de Graaff generator Facts for Kids
