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Reporte de fisica Laboratorio practico

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Reporte de Laboratorio Practico I

Reporte de Laboratorio Practico IGenerador de Van Der Graaff

ContenidoINTRODUCCIN2JUSTIFICACIN3OBJETIVOS4HISTORIA, CONCEPTOS DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFF.5VAN DER GRAAFF, ROBERT JEMISON (1901-1967).5HISTORIA DEL GENERADOR.6COMO REALIZAR UN GENERADOR DE VAN DER GRAAFF PASO A PASO.7MONTAJE:8SISTEMA DE CARGA:8FOTOS DEL PROCESO DE MONTAJE Y PASOS A REALIZAR:9PROPUESTAS PARA EL FUNCIONAMIENTO CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFF15MEJORAS PARA SU FUNCIONAMIENTO.15CONCLUSIONES17

INTRODUCCINEn el siguiente informe se muestra la realizacin de un dispositivo generador de cargas atreves de la electrizacin por contacto, de la de una manera prctica y sencilla, conoceremos las diferentes propiedades de un generador de van de Graf, adems del el proceso de realizacin e implantacin de un generador esto con el fin de crear un generador como parte de los laboratorios prcticos de la catedra de FISICA III.El objetiv principal es conocer los diferentes fenmenos y comportamientos que este presenta a la hora de utilizarlo de esta manera conoceremos ms sobre el fenmeno de electrizacin por contacto y en la induccin de carga ya que su funcionamiento en realidad es como un electrodo que trabaja de forma continua.Se conocern algunas propuestas para poder integrar a la estructura preliminar del generador y se describirn algunos errores de elaboracin sobre el sistema del dispositivo.

JUSTIFICACINCon el fin de incrementar los conocimientos prcticos relacionados con el desarrollo e implementacin de un dispositivos generador de cargas estticas, se busca mejorar el dispositivo ya que en la primera versin del dispositivo se identificaron ciertos problemas que comprometen la ejecucin del proceso de carga por friccin ya que los materiales influyeron en la realizacin ya que por ser metlicos ya que inhiban el proceso de carga, afectando asi la funcionabilidad del dispositivo.En la primera versin del sistema no se us de ningun tipo de aislante lo que provoco el mal funcionamiento del dispositivo ya que el proceso de electrizacin se vea interrumpido por el flujo de cargas, y por ser la estructura de la metlica el flujo de las cargas era drenado.Se proporcionaran propuestas analizando los posibles errores del prototipo inicial con el fin de proveer de ideas para mejorar el diseo estructural del generador y la utilizacin selectiva de mejores materiales para garantizar la funcionabilidad mxima del dispositivo.La finalidad principal es construir, estudiar, analizar y proporcionar propuestas para mejorar el diseo de un generador de Van Der Graaff 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.

OBJETIVOSObjetivo General. Desarrollar e implementar un generador de Van Der Graaff. Objetivos Especficos. Proponer un diseo funcional del Generador. Analizar la electrizacin por contacto con ayuda de un Generador de Van Der Graaff.

HISTORIA, CONCEPTOS DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFF. Hace ms de 25 siglos el hombre tuvo un glorioso despertar. Fue cuando aparecieron las primeras personas que se cuestionaron que todo lo que le rodeaba se deba a algo ms que una deidad divina, a pesar de la hostilidad hacia las nuevas ideas. Ya en el siglo 6 a.C hubo una gran revolucin en el pensamiento, se empez a alegar que el universo era conocible, se observaba que existan ciertas reglas en la naturaleza que permiten descubrir sus secretos, el cosmos. Tales de Mileto fue el primero en enfocar que el mundo no haba sido hecho por los dioses, sino por el resultado de fuerzas materiales que interactuaron. La inquietud del hombre, su ambicin por conocer ms y ms nos han llevado a experimentar e investigar todo aquello que nos rodea. Desde algo tan simple como la cada de una manzana, hasta el experimento ms sofisticado, pueden darnos respuestas y hacer que comprendamos mejor lo que somos, lo que vemos y en mundo en el que nos encontramos. El hacer llegar estos conocimientos y las experiencias que nos ensean llegar a ellos, es una tarea reconfortante si se logra llegar al objetivo. La fsica forma parte de nuestro da a da, y en este campo trabajamos.VAN DER GRAAFF, ROBERT JEMISON (1901-1967).Ingeniero y fsico norteamericano, nacido en Tuscaloosa (Alabama) el 5 de diciembre de 1901. Estudi en la Universidad de Alabama, aunque ms tarde se trasladara a Europa para hacerlo en la Sorbona y en Oxford, donde se doctor en 1928. A su regreso a los Estados Unidos trabaj en Princenton y ms tarde obtuvo una ctedra en el instituto de Tecnologa de Massachusetts.Sus investigaciones le llevaron a la construccin de grandes aparatos electrostticos capaces de acelerar enormemente las partculas elctricas, de gran utilidad en la fsica atmica. Entre sus inventos ms notables destaca el que ide en 1931, un generador elctrico de alto voltaje que lleva su nombre. Se trataba de un acelerador de partculas cuyo funcionamiento se basa en aplicar grandes diferencias de potencial a lo largo de un tubo de vaco; en su forma ms simple, consista en una esfera vaca montada sobre soportes aislantes. Una cinta aislante incorpora continuamente cargas elctricas 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 en 1935. Bajo el acelerador, se situ un laboratorio y por el techo del mismo entraba el haz de protones, acelerado desde una fuente de iones situada en la terminal; este haz era desviado por un electroimn para eliminar las partculas que no fuesen protones y terminaba en una pequea cmara de difusin.El generador de Van der Graaff tuvo tambin importantes aplicaciones industriales y en el mbito de la medicina (por ejemplo, se inclua en el equipamiento de los rayos X). Es probable que debido a la buena comercializacin de sus inventos, Van der Graaff decidiera en 1946 abandonar su puesto en el Instituto de Tecnologa de Massachusetts para crear una compaa que se dedicara a la fabricacin y venta de los mismos. Falleci en Boston el 16 de enero de 1967.El generador de Van de Graaff es una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca. Las diferencias de potencial as alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 megavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen la produccin de rayos X, esterilizacin de alimentos y experimentos de fsica de partculas y fsica nuclear.

HISTORIA DEL GENERADOR.Este tipo de generador elctrico fue desarrollado inicialmente por el fsico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en fsica nuclear en los que se aceleraban partculas cargadas que se hacan chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las caractersticas de los ncleos del material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931 Van de Graaff haba producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero directamente emparentados con l. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas elctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleracin y ciclotrones. Muchos museos de ciencia estn equipados con generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenmenos electrostticos.El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera 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 medio de otro peine o varilla metlica que se encarga de producir energa, esto hace que las partculas o molculas de energa que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energa) absorba a aquella produciendo esttica en el cuero capilar. Las diferencias de potencial que se pueden llegar a alcanzar en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a ser de hasta 5 mega voltios. .El generador de Van De Graff es una mquina que almacena carga elctrica en una gran esfera conductora hueca gracias a la friccin que produce una correa sobre unos peines metlicos. Las cargas son transportadas por el peine conectado a la esfera hasta sta donde se comienzan a acumularUn generador de Van Der Graff es lo que se conoce como fuente de corriente o de intensidad. Es decir, una fuente que provoca una intensidad determinada y que hace que sta no vare con el tiempo. COMO REALIZAR UN GENERADOR DE VAN DER GRAAFF PASO A PASO.1

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

MONTAJE:

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

Paso 1: En la base de madera de unos 25x25cm, se traza una lnea a 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)de acuerdo al esquema, las que deben quedar separadas 9 cm.

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

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

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

SISTEMA DE CARGA:

Paso 7:Se construyen los dos rodillos(11)utilizando las piezas(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 cmara de bicicleta de 40x4cm que se pegar formando una cinta.

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

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

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

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

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

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

Paso 15: Un segundo peine (20) es construido con la lata de un tarro de caf de medidas 8x3,5cm y es perforado y atornillado al centro de la tapa (5), de manera que la pieza quede en contacto con la cinta, (ver esquema) (10).

SISTEMA DE TRANSMISIN.

Paso 16: Un pequeo motor con un engranaje en su salida es unido a la base de madera utilizando una abrazadera. Una banda elstica une el engranaje con el extremo del rodillo inferior, ver esquema.

Paso 17: Dependiendo del tipo de motor seleccionado puede funcionar al conectarse a la lnea elctrica, o en nuestro caso a una fuente 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 de las escuadras y un corte lateral rectangular (como se muestra en la figura para poder adosar posteriormente el motor y sus correas de transmisin.

Fijacin de la tapa de PVC de 110 mm a la base de madera, se recomienda primero hacer los orificios en la tapa y luego apernar.

Detalle de uno de los dos rodillos. El tubo debe teneraproximadamente 8.5 [cm] de largo para que al colocar los tapones su largo no supere el dimetro interior del tubo de PVC.Los tapones de los rodillos deben tener orificios en los extremos de tamao similar a los pernos ocupados para fijar este al cuerpo del generador. Se instalan los tornillos de talforma que quede una porcin del tornillo fuera del cilindro y se le puedan fijar las escuadras por medio de las tuercas

Detalle de uno de los dos rodillos. El tubo debe teneraproximadamente 8.5 [cm] de largo para que al colocar los tapones su largo no supere el dimetro interior del tubo de PVC. Los tapones de los rodillos deben tener orificios en los extremos de tamao similar a los pernos ocupados para fijar este al cuerpo del generador. Se instalan los tornillos de talforma que quede una porcin del tornillo fuera del cilindro y se le puedan fijar las escuadras 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 las escuadras que sujetan el rodillo inferior. Se aprecian tambin el trozo de copla que sujetar a la esfera, el eje del rodillo superior y la escobilla de carga (centro). A la derecha se ve el sistema de la banda de carga y los rodillos.

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

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

Sujecin de las escuadras a la base de madera, recordar que los cuadrados deben estar diametralmente opuestos.Recuerda que antes de fijar ambos lados del rodillo a la base debes instalar la banda de carga.

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

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

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

Se instala la escobilla colectora en la parte superior del tubo de PVC que ya tiene instalados ambos rodillos y la banda de carga. la escobilla debe quedar conectara a la esfera (de sta forma se cargar la esfera ). No olvidar que a escobilla debe quedar en contacto con la banda de carga de tal forma que solo la toque por medio de los dientes que posee.

Se fija el rodillo de descarga al generador por medio de los pernos que salen del rodillo, el tubo previamente debe tener orificios para que se puede sujetar el rodillo al tubo.

Se crea un tapn con un pedazo de metal para los pernos que salen del rodillo no salgan de su lugar y luego se recubre por cinta aislante.

Anillo de PVC , el se encargar de sujetar la esfera, debe quedar bien sujeto. Se recomienda instalar antes de adosar el rodillo superior.

Se calcula la distancia a la cual se dispondr el arreglo del motor.

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

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

PROPUESTAS PARA EL FUNCIONAMIENTO CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAFFEl generador de Van der Graaff dentro del rea profesional es una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca. Las diferencias de potencial as alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 megavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen la produccin de rayos X, esterilizacin de alimentos y experimentos de fsica de partculas y fsica nuclear. Debido a su importante funcionamiento dentro de nuestra replica casera se pretendi lograr una electrizacin por rozamiento. Sin embargo se tuvieron ciertos inconvenientes en su funcionamiento, de los que generamos hiptesis relacionadas a la eficacia de las peinetas, o si la estructura hecha de escuadras metlicas conduca la energa y permita q la misma llegara hacia la superficie de la esfera. Para minimizar el rango de error se plantean ciertos algoritmos que pueden ser los indicados para el correcto funcionamiento del generador de vander Graaff, de la manera siguiente:MEJORAS PARA SU FUNCIONAMIENTO.1. Los rodillos y la correa son el alma del generador de Van der Graff y deben ser de los materiales ms adecuados. 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.

1. 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.

1. 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.

1. Cuando se introduce un conductor cargado dentro de otro hueco y 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 la carga. Cuando se eleva el potencial, el aire que le rodea se hace conductor y se empieza a perder carga.

1. Reeleccin de materiales. Algunas modificaciones podran mejorar el funcionamiento del generador, por ejemplo sustituir algunos de los ya elegidos por los siguientes:

0. Cucharones de aluminio0. Tornillos autorroscantes0. Tornillos niquelados0. Tubo de pvc0. Pegamento industrial0. Alambre esmaltado0. Poleas Plsticas0. Tubo de aluminio torneado0. Banda de hule0. Banda de ltex0. Motor de 12v o superiorEn este caso se mantendran los recipientes de aluminio y los materiales sujetadores, pero se busca un generador aislante en su estructura por lo que es tentativo generarla a partir de pvc, la cual contiene las poleas plsticas que sujetan las bandas de hule, mejorando sus propiedades fsicas sin dejar de mencionar el cambio en las peinetas donde se utilizara el alambre esmaltado de cobre.Para el buen funcionamiento del Generador de Van Der Graaff es necesaria la correcta eleccin de los materiales y si fuese necesario utilizar una fuente de voltaje en el caso de no contar con motores que no puedan ser conectados a corriente alterna.

CONCLUSIONES

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

El nivel de informacin sobre el funcionamiento del experimento por parte de cada uno de los integrantes del grupo.No se contaba con el 100% de informacin tanto terica como practica para lograr el objetivo del experimento.

Coordinacin y distribucin de tareas para el desarrollo del experimento.No se deleg tareas ni coordinacin de procesos debido al tiempo y falta de reuniones de grupo.

Recoleccin de materiales. No se pudo hacer una bsqueda ni investigacin adecuada sobre las partes y materiales a utilizar en el proyecto.

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