GENERADORES ELECTROSTATICOS

(GEN. DE VAN DE GRAFF Y GEN. DE WIMSHURST)

1. OBJETIVOS
• Comprender el funcionamiento del generador de Wimshurts.
• Comprender el funcionamiento del generador de Van De Graff.
• Observar los fenómenos de atracción y repulsión electrostática.
• Comprobar y visualizar los efectos de punta.
• Comprobar y visualizar el fenómeno del viento eléctrico

2. FUNDAMENTO TEORICO.
Que es un generador de energía
Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía mecánica en
energía eléctrica.

2.1.TIPOS DE GENERADORES.

Generador Van De Graff.- El generador de Van de Graaff es un dispositivo

electrostático inventado por el físico estadounidense Robert J. Van de Graaff en 1929. Este
aparato utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el
interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial alcanzadas en un
generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a los cinco megavoltios.
El funcionamiento del generador de Van de Graaff se basa en los fenómenos electrostáticos
y su principal función es reproducir enormes potenciales eléctricos, en el orden de los
megaelectronvoltios, para acelerar las partículas subatómicas.
Generador de Wimshurts.- La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto
voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst. Esta
máquina es capaz de producir electricidad estática por separación de cargas, gracias al giro
de una manivela.

2.2.FORMAS DE ELECTRIFICACION DE UN CUERPO.

• La electrificación por fricción es un proceso en el que un cuerpo deja de ser

eléctricamente neutro y se carga positiva o negativamente. Este fenómeno ocurre
cuando dos cuerpos se frotan entre sí.
Los cuerpos están formados por átomos, y estos a su vez están compuestos por
electrones, protones y neutrones. Los electrones y los protones tienen una propiedad
física llamada carga eléctrica. Los electrones, que tienen carga negativa, giran alrededor
 del núcleo del átomo, donde se encuentran los protones, que tienen carga positiva.
Cuando frotamos dos cuerpos, algunos de los electrones más externos de la
electrosfera (la parte exterior del núcleo) pueden ser eliminados más fácilmente de su
órbita debido a que la fuerza electrostática que los mantiene girando alrededor del
núcleo disminuye con la distancia
Estos electrones pueden migrar de un cuerpo a otro. El cuerpo que recibe estos
electrones se carga negativamente, mientras que el cuerpo que pierde electrones se
carga positivamente.
Es importante destacar que la electrificación se produce al cambiar el número de
electrones y no de protones. Los protones se encuentran en el núcleo de los átomos y
no es posible cambiar su número mediante procesos de electrificación.

• La electrificación por contacto es un fenómeno en el que la carga eléctrica se transfiere

de un objeto cargado a otro objeto sin carga. Esto ocurre cuando los dos objetos están
en contacto directo y se separan después de cargarse.

Un cuerpo se le dota de electrificación por contacto cuando dos objetos cargados

eléctricamente se ponen en contacto entre sí. El objeto con un exceso de cargas
negativas transmite sus propiedades eléctricas al objeto con carga eléctrica positiva. Los
electrones se redistribuyen entre los dos objetos hasta que se alcanza un equilibrio de
carga.

Es necesario que el cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo

neutro para que se lleve a cabo el proceso de electrificación por contacto. Esto sucede
porque, al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que
contiene un exceso de electrones al otro.

Un ejemplo común de electrificación por contacto es frotar un globo contra el cabello y

luego acercarlo a una pared. Este es un caso de electrificación por contacto donde el
globo adquiere una carga neta al frotarse con el cabello y luego puede atraer objetos
ligeros como trozos de papel o adherirse a una pared.
• La electrificación por inducción es un fenómeno en el que un objeto cargado
eléctricamente (llamado el objeto inductor) induce una carga eléctrica en otro objeto
cercano sin que los dos objetos se toquen de forma directa.
Este proceso se realiza de la siguiente manera:
1. Se acerca un objeto cargado eléctricamente (el inductor) a un objeto neutro (el inducido).
2. El objeto cargado induce una separación de cargas en el objeto neutro, creando una carga
opuesta en una parte del objeto y una carga igual en la otra parte.
3. Si el objeto neutro es un buen conductor de electricidad, este puede tener sus cargas
eléctricas reorganizadas en diferentes puntos de la estructura de la sustancia. Esto ocurre
 debido a interacciones entre las cargas eléctricas del cuerpo respectivo y el campo eléctrico
creado por el inductor.
4. Para completar el proceso de electrificación por inducción, simplemente se conecta un
cable a tierra, para cancelar las cargas en el extremo opuesto a la región del campo
eléctrico aplicado por la armadura.
5. Una vez que el sistema alcanza el equilibrio electrostático, es decir, después de que las
cargas dejan de moverse a lo largo del cable de tierra, este cable se puede desconectar. La
armadura permanecerá cargada eléctricamente.

2.3.MOLINO ELECTRICO.
El primero de septiembre de 1747, Benjamin Franklin remitió una carta a P. Collinson en la que
le explicaba diversos experimentos que estaba realizando destinados a demostrar el
sorprendente efecto que tenían los objetos puntiagudos para movilizar cargas eléctricas,
La carga se suministra a través de una fuente de alimentación de alto voltaje
La tensión aumenta lentamente hasta que la rueda comienza a girar.
Debido a la alta intensidad de campo, las moléculas de aire se ionizan alrededor de la punta.
Como los iones tienen el mismo signo que las puntas,
Hay una repulsión de las moléculas de aire de las puntas de la rueda.
Esto da como resultado un retroceso que gira la rueda superior.
Los iones negativos del aire son atraídos hacia la punta para intentar neutralizar lo cationes que
se encuentran en esta y los cationes del aire son repelidos generando el viento iónico que
impulsa el motor electrostático. El sentido en el que gire será el contrario al que estén dirigidas
las puntas del molinillo.
Por lo tanto, al realizar el experimento observamos que el molinillo sí que era movido por un
viento, el viento iónico que se formaba en la punta de las aspas. También hemos obtenido otra
conclusión; el aire se ioniza y, consecuentemente, se convierte en conductor.

2.4.VIENTO ELECTRICO
Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la
densidad de carga es muy alta (Debido a que las líneas de carga son siempre perpendiculares a
la superficie) y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire. Este fenómeno
de ionización hace que el aire sea capaz de conducir mejor la electricidad, es decir disminuye la
"resistencia eléctrica" del aire, de este modo se puede decir que si en la punta el campo
eléctrico es más fuerte, el fenómeno de ionización será mayor en dicha punta, así que, si
colocamos cerca de nuestro conductor con punta cargado por ejemplo negativamente (exceso
de electrones) otro conductor (esfera) cargado positivamente (defecto de electrones) entre
ellos aparecerá una diferencia de potencial y como todo cuerpo tiene a un estado
eléctricamente neutro, el conductor que posee más electrones tenderá a cederlos al que
menos tiene, de este modo cuando se acerquen esos conductores cargados comenzará a
producirse una circulación de electrones entre ellos (corriente eléctrica) y claro esta, por dónde
tenderán a circular, por el lugar que ofrezca una menor resistencia eléctrica, y ese lugar será en
la punta ya que es donde se produce una mayor ionización del aire; éste fenómeno se puede
apreciar en laboratorio, colocando un accesorio que termina en punta al Generador; y al otro
extremo se colocar una vela encendida, la misma que se puede apagar debido al viento
Eléctrico producido por efecto de las puntas.
Un electroscopio es utilizado para detectar carga y medir potencial eléctrico. Si la esfera
metálica de la parte superior se pone en contacto con un conductor cargado, las delgadas hojas
de metal, adquirirán el mismo potencial que el conductor. La carga en las hojas será
proporcional a la diferencia de potencial entre ellas y la caja. La fuerza de repulsión que existirá
entre las hojas, debido a sus cargas idénticas, puede medirse observando el valor de la
desviación de una escala.
También es posible cargar un electroscopio por inducción en la misma forma que la esfera de la
ilustración de arriba, un electroscopio cargado puede emplearse para detectar la presencia de
cargas, así como para determinar su signo.

3. MATERIALES Y EQUIPOS.
Equipos: Materiales:
Generador de Van De Graff Soportes.
Generador de Wimshurst. Esferas de metal.
Electroscopio Tubo de luz(foco)
Cables.
Vela.
Fosforos.
Interruptores.

4. REPRECENTACION GRAFICA.
 Generador de Wimshurst.

Electroscopio

Generador de van de graff

Viento eléctrico
Demostración de cargas iguales(se repelen) Molino eléctrico

Generador de van de Graff dando energía a tubo de luz.

5. DESCRIPCION DE LA PRACTICA.

Esta practica fue mayormente teorica, ya que los equipos son delicados y en ciertos
momentos peligrosos al tener cargas eléctricas, por esta razón el docente realizo la práctica
y nos explicó el manejo de cada equipo.
Con el Generador De Van de Graff, nos explicó con las esferas de metal se cargan con
energía eléctrica y de las mismas se medía su campo eléctrico. También nos demostró con
las tiras de papel como se separaban como si fueran cabellos, esto sucedía debido a que las
cargas son las mismas, solo negativas o solo positivas, a ser de igual carga estas se repelen y
por eso las tiras de papel se alejaban. También pudimos ver como el generador Wimshurts
se cargaba energía de manera manual, y con esa misma energía nos demostró el molino
eléctrico, como la energía se almacenaba con mayor cantidad en las puntas los que
funcionaba como un propulsor a cada una de las puntas haciendo girar. También nos
demostró el viento eléctrico, colocando otro equipo en el generador de van de graff y una
vela encendida en el frente, haciendo que debido a la energía eléctrica se podía apagar la
vela.
Quedó demostrado como un foco de luz se encendio al hacer contacto con el generador de
van de graff.

6. DATOS.
No hubo datos porque fue una clase teórica
7. CALCULOS.
Al ser una practica explicativa no hubo obtención de datos, por lo tanto no hay cálculos.
8. RESULTADOS.
Al no tener cálculos a realizar, tampoco se obtuvo resultados.
9. CONCLUSINES.
Como conclusión podemos decir que quedó demostrado que cuando el conductor electrico
termina en punta se almacena mucha más carga en esas puntas, quedo demostrado con el
molino electrico, ya que al tener un circulo formado por conductores en punta y de una
misma carga(solo positiva o solo negativa) estos expulsan energía de las puntos y al estar
todos con una misma carga se repelen, de esta forma dando a lugar el molino eléctrico.
Con el generador de van de graff podemos decir que las tiras de papel al tener una misma
carga se repelen, por esta razón se ve como si fueran cabellos.
En resumen con esta práctica quedó demostrado todo lo aprendido sobre las cargas
eléctricas, que las cargas iguales se repelen y las cargas distintas se atraen, al suceder esto
se genera un campo eléctrico.

10. RECOMENDACIONES.

• Utilizar de manera correcta los equipos ya que pueden llegar a tener alto nivel de corriente.
• Descargar la energía de los materiales después de usarlos.
• Si es necesario utilizar la indumentaria correcta(guantes, aislantes eléctricos..).
11. CUESTIONARIO.
1.Explique que establece la primera Ley de la electrostática.
R.-

2. Clasifique y describa los tipos de materiales según sus características eléctricas.

R.-
3.Si frotamos una barra de madera con un paño de seda, cual es polaridad de carga de cada
uno de los cuerpos
R.-

4. Si frotamos una barra de vidrio con una barra de ebonita, cual es polaridad de carga de cada
uno de los cuerpos
R.-

5. A que denomina el proceso de: ¿inducción y conducción en los materiales? Dé ejemplos

gráficos de cada uno de ellos.
R.-

6. De por lo menos tres ejemplos de cómo generar cargas electrostáticas.

R.-

7. ¿Cómo puedo obtener cargas electrostáticas positivas?, y negativas.

R.-

8. ¿De que factores depende el número de cargas que pueden pasar de una varilla de vidrio a
una tela de seda?; ¿Qué tipo de cargas pasan y en que cantidad aproximadamente?
R.-

9.A que se denomina "viento eléctrico" en el Generador de Van de Graff?

R.-

9. Mencionar todos los cuidados y recomendaciones de seguridad que se deben tener en

cuenta en el manipuleo del presente laboratorio.
R.-
10. ¿Por que? Los buenos aisladores no conducen la corriente eléctrica?
R.-

11. Explique que tipo de reacción ocurre entre un aislador cargado y un metal sin carga?
R.-

12. Explique el efecto triboeléctrico.

R.-

14. Nombre por lo menos tres tipos de aplicaciones del Generador de Van De Graaff.
R.-

12. BIBLIOGRAFIA.
https://www.lifeder.com/maquina-de-wimshurst/