03-Generador de Van de Graff

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1. Las partes de la máquina

Físicamente, la estructura del generador es muy sencilla.

• El domo: Un conductor esférico hueco y metálico de gran tamaño, sostenido en lo alto.
• La columna: Un soporte cilíndrico construido de un material fuertemente aislante para que la carga del domo no se escape hacia el suelo.
• La correa: Una cinta sin fin de un material dieléctrico flexible (como goma o seda) que se mueve continuamente movida por unas poleas.
• Las poleas y el motor: La polea inferior está conectada a un motor eléctrico externo que hace girar la correa constantemente.
• Las escobillas: Son "peines" de puntas metálicas muy agudas. Una está abajo (cargando la correa) y otra está arriba, escondida exactamente en el interior del domo esférico.

2. El ciclo de funcionamiento

Existen varios diseños (algunos usan una fuente externa de alto voltaje abajo para ionizar el aire, y otros usan electrización por frotamiento gracias a poleas de distinto material). El proceso es el siguiente:

1. Carga de la correa: Mediante el peine inferior, se "rocían" cargas (por ej. positivas) sobre la cinta dieléctrica que va subiendo. Al ser aislante, la cinta no deja que las cargas se muevan solas, sino que las atrapa y las transporta mecánicamente como si fuera un ascensor.

2. Entrada a la cavidad: La cinta cargada penetra el volumen hueco del domo metálico superior.

3. Transferencia total (contacto interno): Dentro del domo, la cinta es "barrida" por la escobilla superior. Como estamos en un caso de contacto interno de conductores, toda la carga de la cinta pasa obligatoriamente al domo exterior, y se distribuye automáticamente por su superficie. La cinta baja completamente descargada para buscar más cargas.

3. ¿Hasta dónde puede llegar el voltaje?

Si este proceso de succión interna no tiene límite, ¿la esfera podría acumular carga hasta alcanzar un potencial infinito? La matemática de la física diría que sí, pero la realidad de los materiales dice que no. En la práctica, el voltaje máximo al que puede llegar el domo esférico queda limitado por dos vías de escape.

1. Fugas por el soporte: Los aisladores no son perfectos ($R\ne \mathrm{\infty }$). Al llegar a un voltaje inmenso, la carga empieza a "gotear" bajando por la columna aislante hacia el suelo.

2. La rigidez dieléctrica del aire: Si el campo eléctrico en la superficie de la esfera (que depende del radio) supera los $3\cdot {10}^{6}V/m$, el aire alrededor explota en chispas (se ioniza) y la esfera se descarga bruscamente lanzando un rato. Para conseguir más millones de Voltios, la única solución técnica es construir un domo esférico gigantesco.