Reporte de Laboratorio Practico I

Reporte de Laboratorio Practico I

Reporte de Laboratorio Practico IGenerador de Van Der Graaff

ContenidoINTRODUCCIN2JUSTIFICACIN3OBJETIVOS4HISTORIA, CONCEPTOSDEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFF.5VAN DER GRAAFF, ROBERT JEMISON(1901-1967).5HISTORIA DEL GENERADOR.6COMO REALIZAR UN GENERADOR DEVAN DER GRAAFF PASO A PASO.7MONTAJE:8SISTEMA DE CARGA:8FOTOS DELPROCESO DE MONTAJE Y PASOS A REALIZAR:9PROPUESTAS PARA ELFUNCIONAMIENTO CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE VAN DERGRAAFF15MEJORAS PARA SU FUNCIONAMIENTO.15CONCLUSIONES17

INTRODUCCINEn el siguiente informe se muestra la realizacin deun dispositivo generador de cargas atreves de la electrizacin porcontacto, de la de una manera prctica y sencilla, conoceremos lasdiferentes propiedades de un generador de van de Graf, adems del elproceso de realizacin e implantacin de un generador esto con el finde crear un generador como parte de los laboratorios prcticos de lacatedra de FISICA III.El objetiv principal es conocer losdiferentes fenmenos y comportamientos que este presenta a la horade utilizarlo de esta manera conoceremos ms sobre el fenmeno deelectrizacin por contacto y en la induccin de carga ya que sufuncionamiento en realidad es como un electrodo que trabaja deforma continua.Se conocern algunas propuestas para poder integrar ala estructura preliminar del generador y se describirn algunoserrores de elaboracin sobre el sistema del dispositivo.

JUSTIFICACINCon el fin de incrementar los conocimientos prcticosrelacionados con el desarrollo e implementacin de un dispositivosgenerador de cargas estticas, se busca mejorar el dispositivo yaque en la primera versin del dispositivo se identificaron ciertosproblemas que comprometen la ejecucin del proceso de carga porfriccin ya que los materiales influyeron en la realizacin ya quepor ser metlicos ya que inhiban el proceso de carga, afectando asila funcionabilidad del dispositivo.En la primera versin del sistemano se us de ningun tipo de aislante lo que provoco el malfuncionamiento del dispositivo ya que el proceso de electrizacin sevea interrumpido por el flujo de cargas, y por ser la estructura dela metlica el flujo de las cargas era drenado.Se proporcionaranpropuestas analizando los posibles errores del prototipo inicialcon el fin de proveer de ideas para mejorar el diseo estructuraldel generador y la utilizacin selectiva de mejores materiales paragarantizar la funcionabilidad mxima del dispositivo.La finalidadprincipal es construir, estudiar, analizar y proporcionarpropuestas para mejorar el diseo de un generador de Van Der Graaffque se basa en el efecto de electrizacin por contacto. En estemodelo el motor externo slo se emplea para mover la correa y laelectrizacin se produce por contacto.

OBJETIVOSObjetivo General. Desarrollar e implementar ungenerador de Van Der Graaff. Objetivos Especficos. Proponer undiseo funcional del Generador. Analizar la electrizacin porcontacto con ayuda de un Generador de Van Der Graaff.

HISTORIA, CONCEPTOS DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFF. Hace ms de25 siglos el hombre tuvo un glorioso despertar. Fue cuandoaparecieron las primeras personas que se cuestionaron que todo loque le rodeaba se deba a algo ms que una deidad divina, a pesar dela hostilidad hacia las nuevas ideas. Ya en el siglo 6 a.C hubo unagran revolucin en el pensamiento, se empez a alegar que el universoera conocible, se observaba que existan ciertas reglas en lanaturaleza que permiten descubrir sus secretos, el cosmos. Tales deMileto fue el primero en enfocar que el mundo no haba sido hechopor los dioses, sino por el resultado de fuerzas materiales queinteractuaron. La inquietud del hombre, su ambicin por conocer ms yms nos han llevado a experimentar e investigar todo aquello que nosrodea. Desde algo tan simple como la cada de una manzana, hasta elexperimento ms sofisticado, pueden darnos respuestas y hacer quecomprendamos mejor lo que somos, lo que vemos y en mundo en el quenos encontramos. El hacer llegar estos conocimientos y lasexperiencias que nos ensean llegar a ellos, es una tareareconfortante si se logra llegar al objetivo. La fsica forma partede nuestro da a da, y en este campo trabajamos.VAN DER GRAAFF,ROBERT JEMISON (1901-1967).Ingeniero y fsico norteamericano, nacidoen Tuscaloosa (Alabama) el 5 de diciembre de 1901. Estudi en laUniversidad de Alabama, aunque ms tarde se trasladara a Europa parahacerlo en la Sorbona y en Oxford, donde se doctor en 1928. A suregreso a los Estados Unidos trabaj en Princenton y ms tarde obtuvouna ctedra en el instituto de Tecnologa de Massachusetts.Susinvestigaciones le llevaron a la construccin de grandes aparatoselectrostticos capaces de acelerar enormemente las partculaselctricas, de gran utilidad en la fsica atmica. Entre sus inventosms notables destaca el que ide en 1931, un generador elctrico dealto voltaje que lleva su nombre. Se trataba de un acelerador departculas cuyo funcionamiento se basa en aplicar grandesdiferencias de potencial a lo largo de un tubo de vaco; en su formams simple, consista en una esfera vaca montada sobre soportesaislantes. Una cinta aislante incorpora continuamente cargaselctricas a la esfera, creando una tensin electrosttica elevadsima,capaz de suministrar a las partculas energas del orden de 106 eV.Este aparato se emple para el experimento de difusin protn-protn en1935. Bajo el acelerador, se situ un laboratorio y por el techo delmismo entraba el haz de protones, acelerado desde una fuente deiones situada en la terminal; este haz era desviado por unelectroimn para eliminar las partculas que no fuesen protones yterminaba en una pequea cmara de difusin.El generador de Van derGraaff tuvo tambin importantes aplicaciones industriales y en elmbito de la medicina (por ejemplo, se inclua en el equipamiento delos rayos X). Es probable que debido a la buena comercializacin desus inventos, Van der Graaff decidiera en 1946 abandonar su puestoen el Instituto de Tecnologa de Massachusetts para crear una compaaque se dedicara a la fabricacin y venta de los mismos. Falleci enBoston el 16 de enero de 1967.El generador de Van de Graaff es unamquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumulargrandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esferametlica hueca. Las diferencias de potencial as alcanzadas en ungenerador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5megavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen laproduccin de rayos X, esterilizacin de alimentos y experimentos defsica de partculas y fsica nuclear.

HISTORIA DEL GENERADOR.Este tipo de generador elctrico fuedesarrollado inicialmente por el fsico Robert J. Van de Graaff enel MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en fsicanuclear en los que se aceleraban partculas cargadas que se hacanchocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de lascolisiones nos informan de las caractersticas de los ncleos delmaterial que constituye el blanco. El primer modelo funcional fueexhibido en octubre de 1929 y para 1931 Van de Graaff habaproducido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencialde 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores deelectricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muysuperiores al generador de Van de Graaff pero directamenteemparentados con l. Sin embargo, en la mayor parte de losexperimentos modernos en los que es necesario acelerar cargaselctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos deaceleracin y ciclotrones. Muchos museos de ciencia estn equipadoscon generadores de Van de Graaff por la facilidad con la queilustra los fenmenos electrostticos.El generador consiste en unacinta transportadora de material aislante motorizada, quetransporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en laesfera por induccin en la cinta, ya que la varilla metlica o peine,est muy prxima a la cinta pero no en contacto. La carga,transportada por la cinta, pasa al terminal esfrico nulo por mediode otro peine o varilla metlica que se encarga de producir energa,esto hace que las partculas o molculas de energa que se encuentrandentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (queproduzca energa) absorba a aquella produciendo esttica en el cuerocapilar. Las diferencias de potencial que se pueden llegar aalcanzar en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar aser de hasta 5 mega voltios. .El generador de Van De Graff es unamquina que almacena carga elctrica en una gran esfera conductorahueca gracias a la friccin que produce una correa sobre unos peinesmetlicos. Las cargas son transportadas por el peine conectado a laesfera hasta sta donde se comienzan a acumularUn generador de VanDer Graff es lo que se conoce como fuente de corriente o deintensidad. Es decir, una fuente que provoca una intensidaddeterminada y que hace que sta no vare con el tiempo. COMO REALIZARUN GENERADOR DE VAN DER GRAAFF PASO A PASO.1

Materiales Estructura.1. Cubreplatos2. Tapa PVC 110 mm3. TuboPVC 110 mm4. Copla PVC 110 mm5. Tapa PVC 110 mm6. Escuadras sillas2″7. Base de Madera8. Topes de Puerta 30mmSistema de Carga1.Colector de cargas2. Escobilla de cargas3. Rodillo Superior4. Bandade caucho5. Tubo de antena TV6. Perno 3/16″ (esprrago)7. Tuerca3/16″Detalle sistema de cargas1. Tira de caucho*2. Tapa PVC 32mm3.Tubo de PVC 32mm4. Lata bebida de aluminio5. Lata de tarro decaf

MONTAJE:

Disponiendo de todos los materiales en la lista, procedemos a laconstruccin del generador:

Paso 1: En la base de madera de unos 25x25cm, se traza una lneaa lo largo y en el centro se ubica la tapa de pvc de 110 mm(5*),que ser atornillada.

Paso 2: Se atornillan, sobre la misma lnea, las escuadras(6)deacuerdo al esquema, las que deben quedar separadas 9 cm.

Paso 3: Se ubica el tubo de pvc(3)sobre la tapa. A 5cm delextremo superior se ubica la copla de pvc(2), la que se fija altubo con adhesivo o con cinta aislante.

Paso 4: Se perfora un cubre plato en el centro (110mm dedimetro) de manera que pueda montarse ajustadamente en eltubo(3).

Paso 5: Se perfora el segundo cubreplato en el centro (1cm dedimetro) en el que se ubicar el mstil de carga, y se unir con elprimer cubre platos con cinta aislante.

SISTEMA DE CARGA:

Paso 7:Se construyen los dos rodillos(11)utilizando laspiezas(17)y(18). La pieza(18)se cortar de 8,5 cm de largo

Paso 8: Se prepara la banda de caucho(12), utilizando una cmarade bicicleta de 40x4cm que se pegar formando una cinta.

Paso 9: Cada rodillo tiene una perforacin de 3/16, por la quecruza un trozo de antena de tv 110mm, que se cortar 1 2 mm ms largoque el rodillo.

Paso 10: El rodillo superior es ubicado a 3cm del extremosuperior de la pieza(3), siendo ste perforado previamente.

Paso 11: El rodillo Inferior es ubicado entre las escuadrassilla(6), utilizando un perno de 3/16(14), que cruza el trozo deantena y que es asegurado mediante tuercas(15).

Paso 12: La banda, unida en sus extremos es ubicada entre losrodillos, ver figura.

Paso 13: Utilizando una lata de bebida se construye lapieza(19), de 4x8cm, el extremo en contacto con la banda debe sercortado con forma de dientes.

Paso 14: La pieza(19), es adherida con cinta aislante al tope dela pieza(2).

Paso 15: Un segundo peine (20) es construido con la lata de untarro de caf de medidas 8×3,5cm y es perforado y atornillado alcentro de la tapa (5), de manera que la pieza quede en contacto conla cinta, (ver esquema) (10).

SISTEMA DE TRANSMISIN.

Paso 16: Un pequeo motor con un engranaje en su salida es unidoa la base de madera utilizando una abrazadera. Una banda elsticaune el engranaje con el extremo del rodillo inferior, veresquema.

Paso 17: Dependiendo del tipo de motor seleccionado puedefuncionar al conectarse a la lnea elctrica, o en nuestro caso a unafuente de poder de 12V, con un mximo de 6V en este caso.

FOTOS DEL PROCESO DE MONTAJE Y PASOS A REALIZAR:

Preparacin de la base. Lleva pequeos cortes cuadrados,dispuestos diametralmente opuestos para facilitar la instalacin delas escuadras y un corte lateral rectangular (como se muestra en lafigura para poder adosar posteriormente el motor y sus correas detransmisin.

Fijacin de la tapa de PVC de 110 mm a la base de madera, serecomienda primero hacer los orificios en la tapa y luegoapernar.

Detalle de uno de los dos rodillos. El tubo debeteneraproximadamente 8.5 [cm] de largo para que al colocar lostapones su largo no supere el dimetro interior del tubo de PVC.Lostapones de los rodillos deben tener orificios en los extremos detamao similar a los pernos ocupados para fijar este al cuerpo delgenerador. Se instalan los tornillos de talforma que quede unaporcin del tornillo fuera del cilindro y se le puedan fijar lasescuadras por medio de las tuercas

Detalle de uno de los dos rodillos. El tubo debeteneraproximadamente 8.5 [cm] de largo para que al colocar lostapones su largo no supere el dimetro interior del tubo de PVC. Lostapones de los rodillos deben tener orificios en los extremos detamao similar a los pernos ocupados para fijar este al cuerpo delgenerador. Se instalan los tornillos de talforma que quede unaporcin del tornillo fuera del cilindro y se le puedan fijar lasescuadras por medio de las tuercas.

(Izquierda)Tubo de PVC 110 mm que ser el cuerpo del generador,al cual se le han hecho unos cortes para no interferir con lasescuadras que sujetan el rodillo inferior. Se aprecian tambin eltrozo de copla que sujetar a la esfera, el eje del rodillo superiory la escobilla de carga (centro). A la derecha se ve el sistema dela banda de carga y los rodillos.

Instalacin de la escobilla de carga. El cable que parte desdeeltornillo es el cable de tierra ( se enrolla en la cabeza deltornillo antes de fijar completamente el tornillo a la base).

Instalacin de la escobilla de carga, se fija a la base medianteel tornillo que posee el cable a tierra, no olvidar que al momentode instalar la escobilla esta debe quedar en contacto con la bandade carga.

Sujecin de las escuadras a la base de madera, recordar que loscuadrados deben estar diametralmente opuestos.Recuerda que antes defijar ambos lados del rodillo a la base debes instalar la banda decarga.

Se fija las escuadras al rodillo de carga utilizando las tuercasy los hilos de los tornillos que previamente se instalaron en elrodillo. Es recomendable hacer esto antes de fijar los rodillos ala base o a la parte superior del tubo.

Al momento sujetar el lado del rodillo que est junto a ranuradel motor, instalar la banda de transmisin del motor de forma quequede sobre uno de los tapones del rodillo.

Se instala el cuerpo del generador el que debe quedar dentro dela tapa que forma la base. Se procede a instalar el segundorodillo, antes de instalar completamente dicho rodillo se debehacer pasar la banda de carga por el segundo rodillo.

Se instala la escobilla colectora en la parte superior del tubode PVC que ya tiene instalados ambos rodillos y la banda de carga.la escobilla debe quedar conectara a la esfera (de sta forma secargar la esfera ). No olvidar que a escobilla debe quedar encontacto con la banda de carga de tal forma que solo la toque pormedio de los dientes que posee.

Se fija el rodillo de descarga al generador por medio de lospernos que salen del rodillo, el tubo previamente debe tenerorificios para que se puede sujetar el rodillo al tubo.

Se crea un tapn con un pedazo de metal para los pernos que salendel rodillo no salgan de su lugar y luego se recubre por cintaaislante.

Anillo de PVC , el se encargar de sujetar la esfera, debe quedarbien sujeto. Se recomienda instalar antes de adosar el rodillosuperior.

Se calcula la distancia a la cual se dispondr el arreglo delmotor.

Se fija una abrazadera en un bloque de madera para luego colocarel motor del generador. Es recomendable que el bloque tenga yahechos orificios para posteriormente sujetarlo a la base delgenerador

Finalmente se instala la esfera metlica sobre el cuerpo yaarmado, la que debe quedar en contacto con al escobilla colectora.Este sera nuestro resultado final.

PROPUESTAS PARA EL FUNCIONAMIENTO CORRECTO FUNCIONAMIENTO DELGENERADOR DE VAN DER GRAAFFEl generador de Van der Graaff dentrodel rea profesional es una mquina electrosttica que utiliza unacinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en elinterior de una esfera metlica hueca. Las diferencias de potencialas alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno puedenllegar a alcanzar los 5 megavoltios. Las diferentes aplicaciones deesta mquina incluyen la produccin de rayos X, esterilizacin dealimentos y experimentos de fsica de partculas y fsica nuclear.Debido a su importante funcionamiento dentro de nuestra replicacasera se pretendi lograr una electrizacin por rozamiento. Sinembargo se tuvieron ciertos inconvenientes en su funcionamiento, delos que generamos hiptesis relacionadas a la eficacia de laspeinetas, o si la estructura hecha de escuadras metlicas conduca laenerga y permita q la misma llegara hacia la superficie de laesfera. Para minimizar el rango de error se plantean ciertosalgoritmos que pueden ser los indicados para el correctofuncionamiento del generador de vander Graaff, de la manerasiguiente:MEJORAS PARA SU FUNCIONAMIENTO.1. Los rodillos y lacorrea son el alma del generador de Van der Graff y deben ser delos materiales ms adecuados. Segn la combinacin de materiales conque se hagan los rodillos inferior, correa y rodillo superior, laesfera se cargar negativa o positivamente.

Si el inferior es de aluminio, el superior de plstico y lacorrea de caucho sin grafito, la esfera se cargar positivamente.Raznalo observando las cargas que se inducen segn la escalatriboelctrica.

1. Los rodillos deben ser ms anchos por el centro que por loslados (abombados) para que la presin sobre la correa elsticadescienda del centro a los lados y haga que esta no escape algirar.

1. La correa debe ser lo ms fina posible para que su propia masano la abombe al girar y la fuerza centrpeta originada no la impulsehacia los lados hacindola oscilar. La cinta debe ser de color claroporque las oscuras tienen carbono y esto las hace conductoras y noaislantes.

1. Cuando se introduce un conductor cargado dentro de otro huecoy se ponen en contacto, toda la carga del primero pasa al segundo,cualquiera que sea la carga inicial del conductor hueco

1. Tericamente, el proceso se podra repetir muchas veces,aumentando la carga del conductor hueco indefinidamente. De hecho,existe un lmite debido a las dificultades de aislamiento de lacarga. Cuando se eleva el potencial, el aire que le rodea se haceconductor y se empieza a perder carga.

1. Reeleccin de materiales. Algunas modificaciones podranmejorar el funcionamiento del generador, por ejemplo sustituiralgunos de los ya elegidos por los siguientes:

0. Cucharones de aluminio0. Tornillos autorroscantes0. Tornillosniquelados0. Tubo de pvc0. Pegamento industrial0. Alambreesmaltado0. Poleas Plsticas0. Tubo de aluminio torneado0. Banda dehule0. Banda de ltex0. Motor de 12v o superiorEn este caso semantendran los recipientes de aluminio y los materialessujetadores, pero se busca un generador aislante en su estructurapor lo que es tentativo generarla a partir de pvc, la cual contienelas poleas plsticas que sujetan las bandas de hule, mejorando suspropiedades fsicas sin dejar de mencionar el cambio en las peinetasdonde se utilizara el alambre esmaltado de cobre.Para el buenfuncionamiento del Generador de Van Der Graaff es necesaria lacorrecta eleccin de los materiales y si fuese necesario utilizaruna fuente de voltaje en el caso de no contar con motores que nopuedan ser conectados a corriente alterna.

CONCLUSIONES

El tiempo para el desarrollo del experimento.No se cont con eltiempo suficiente para el desarrollo logstico de los pasos quedebera seguir la construccin o desarrollo del experimento.

El nivel de informacin sobre el funcionamiento del experimentopor parte de cada uno de los integrantes del grupo.No se contabacon el 100% de informacin tanto terica como practica para lograr elobjetivo del experimento.

Coordinacin y distribucin de tareas para el desarrollo delexperimento.No se deleg tareas ni coordinacin de procesos debido altiempo y falta de reuniones de grupo.

Recoleccin de materiales. No se pudo hacer una bsqueda niinvestigacin adecuada sobre las partes y materiales a utilizar enel proyecto.

Preparacin y maquinado de materiales para la construccin delexperimento.El maquinado y utilizacin de ciertos materiales no fueel adecuado para lograr el funcionamiento del experimento.

Publicaciones Similares