Rodrigo Ricardo

¿Cómo funciona un generador Van De Graaff?

Publicado el 18 marzo, 2022

Fundamentos de la electricidad estática

Si pudieras encogerte hasta que fueras muy, muy pequeño, encontrarías que todo está hecho de átomos. Dentro de cada átomo hay partículas aún más pequeñas llamadas electrones y protones, cada uno de los cuales tiene una carga eléctrica. Los protones están en el núcleo del átomo y tienen carga positiva, mientras que los electrones existen en una nube alrededor del núcleo y tienen carga negativa.

Los electrones se pueden eliminar con bastante facilidad de los átomos porque no están estrechamente unidos al núcleo como lo están los protones. Cuando un objeto recoge electrones adicionales, todo el objeto se carga negativamente. Si pierde electrones, entonces tiene más protones que electrones, por lo que se carga positivamente.

Ya sea que estemos hablando de electrones y protones individuales o de objetos cargados mucho más grandes, las cargas positivas y negativas interactúan entre sí de manera muy predecible. Los objetos que tienen el mismo tipo de carga, tanto positiva como negativa, se repelen, mientras que los objetos con diferentes tipos de carga, una positiva y otra negativa, se atraen. Estas interacciones entre cargas positivas y negativas se conocen como electricidad estática .

¡Esto es todo lo que necesitas saber! Este concepto simple explica todo, desde cómo se forman los relámpagos hasta por qué tu cabello se eriza y tu suéter se pega a tu chaqueta en un día frío. También es la base de un dispositivo eléctrico realmente genial, el generador Van de Graaff.

Generadores Van De Graaff

Un generador Van de Graaff usa electricidad estática y una correa móvil para cargar una gran esfera de metal a un voltaje muy alto. Es posible que haya visto uno en un museo de ciencias o tal vez en su clase de ciencias. Si pones tus manos en un generador Van de Graaff, ¡te pondrá los pelos de punta!

¿Por qué pasó esto? El generador tiene una gran carga en su superficie, así que cuando lo tocas, también recoges parte de esa carga. También pasa a tu cabello, por lo que cada mechón tiene la misma carga. ¿Recuerdas lo que sucede cuando las cosas tienen la misma carga? ¡Repelen! Debido a que cada mechón de cabello tiene el mismo tipo de carga, los mechones individuales intentan alejarse lo más posible entre sí.

Los generadores Van de Graaff también pueden crear chispas parecidas a relámpagos que viajan por el aire. Esto sucede si un objeto con una carga opuesta se mantiene cerca del generador. Recuerda que las cargas opuestas se atraen entre sí, y la fuerza de esta atracción puede ser lo suficientemente fuerte como para permitir que las cargas pasen por el aire, creando una chispa.

Además de estas interesantes demostraciones, los grandes generadores de Van de Graaff se utilizan como aceleradores de partículas y en otras aplicaciones en las que se necesitan altos voltajes constantes. De hecho, cuando se inventó el generador Van de Graaff en 1929, se diseñó por primera vez para usarse como acelerador de partículas en la investigación física. Solo más tarde se hizo común ver modelos más pequeños de estos generadores en las aulas de ciencias y en los museos de todo el mundo.

¿Cómo trabajan?

Ya sabes que los generadores de Van de Graaff usan electricidad estática para cargar una esfera de metal a un alto voltaje, pero ¿cómo funciona eso? ¿Qué está pasando dentro del generador? Echemos un vistazo más de cerca y descubramos.

Dentro del generador Van de Graaff hay cinco partes importantes: un motor, una correa, dos rodillos, dos cepillos que tocan los rodillos y una gran esfera de metal. El motor hace girar el rodillo inferior, lo que hace que la cinta comience a moverse. A medida que se mueve, el rodillo, que normalmente está hecho de silicio, toma electrones de la correa de goma para que la correa comience a adquirir una carga positiva a medida que el rodillo se carga negativamente. Esto sucede porque es más fácil eliminar electrones del caucho que del silicio. A medida que la correa de goma entra en contacto con el rodillo de silicona una y otra vez, los electrones se mueven de la correa al rodillo.

La carga positiva de la correa se transmite al rodillo superior, que está conectado a la gran esfera metálica mediante un cepillo conductor. A medida que la correa sigue girando, se acumula más y más carga en la esfera hasta que alcanza un alto voltaje. El voltaje máximo posible está determinado por el tamaño de la esfera.

Resumen de la lección

Un generador Van de Graaff usa electricidad estática y una correa móvil para cargar una gran esfera de metal a un voltaje muy alto. Dentro del generador Van de Graaff, un motor hace girar un rodillo de silicio, lo que hace que una correa de goma comience a moverse. A medida que la correa se mueve, los electrones pasan de la correa de goma al rodillo de silicona, lo que hace que la correa se cargue positivamente y el rodillo se cargue negativamente. La carga positiva de la correa se transmite al rodillo superior, que está conectado a una gran esfera de metal mediante un cepillo conductor. Más y más carga se acumula en la esfera hasta que alcanza un alto voltaje.

Los generadores de Van de Graaff se utilizan como aceleradores de partículas, como fuentes de voltaje de CC y para demostrar la electricidad estática en aulas y museos de ciencias.

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