Generador Van de Graaff

A principios de la década de 1930, el Dr. Robert Van de Graaf, quien en ese momento trabajaba como investigador en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y se dedicaba a la investigación científica en el campo de la física nuclear y la tecnología del acelerador, desarrolló, diseñó y pronto construyó un acelerador electrostático de alto voltaje que funciona según el principio de un electrificado Cinta transportadora de iones de aire (1933).

Más tarde, en 1936, Van de Graaff construyó (todo con el mismo principio) el generador de voltaje constante electrostático más grande del mundo: el generador en tándem Van de Graaff, que consta de dos torres altas.

Los periódicos de esa época llamaron a la invención de un profesor asociado nada menos que revolucionario, predijeron que él "realizaría milagros" y "descubriría los secretos de la naturaleza". Una agitación tan fuerte en la prensa no sorprende en absoluto, porque el generador Van de Graaff de dos etapas más grande consistía en dos enormes columnas con un diámetro de casi 2 metros cada una y una altura de aproximadamente 15 metros (con esferas metálicas de 4,5 metros de diámetro montadas en la parte superior de las columnas, en el interior que se suministró mecánicamente con una carga eléctrica) y permitió obtener una diferencia de potencial de 7,000,000 voltios.

A pesar de la baja eficiencia del dispositivo en su conjunto (alrededor del 23%), las personas que vieron un dispositivo maravilloso en el trabajo tuvieron una impresión indeleble, porque las descargas de chispas tenían más de un metro de largo.

El poder del generador Van de Graaff fue suficiente para un trabajo de investigación real: acelerar los núcleos atómicos, así como las partículas elementales, como los protones y los electrones, a velocidades suficientemente altas. Entonces, el generador Van de Graaff utilizado en los aceleradores ayudó a los científicos a identificar los componentes de los átomos, que son la estructura del universo físico.

Dicen que la idea del principio de funcionamiento de un generador de alto voltaje se le ocurrió a Van de Grauf cuando aún era un estudiante y observaba las chispas de electricidad estática de vez en cuando en una imprenta en funcionamiento.

El principio de funcionamiento del generador es el siguiente. La cinta de seda o goma (cinta dieléctrica) se estira y gira como una cinta transportadora en un par de rodillos, uno de los cuales se encuentra en la base de la columna, el segundo dentro de la cavidad de la esfera conductora en la parte superior. El rodillo inferior está hecho de metal y conectado galvánicamente al suelo, es accionado por un motor. El rodillo superior es dieléctrico.

Un cepillo de metal conectado al terminal positivo de la fuente de alto voltaje, cuyo terminal negativo está conectado directamente al rodillo inferior, se lleva a la cinta debajo, debajo del rodillo inferior, con un pequeño espacio.

Entonces, entre el rodillo inferior y el cepillo, se mueve una cinta dieléctrica (en un generador real, la cinta tenía un ancho de aproximadamente 120 cm). Bajo la acción de un alto voltaje (aproximadamente 20,000 voltios) entre el rodillo y el cepillo, el aire entre ellos se ioniza y los iones de aire positivo, atraídos por la fuerza de Coulomb, corren hacia el rodillo cargado negativamente. Pero dado que hay una cinta dieléctrica en el camino de los iones, los iones se asientan en la cinta, cargándola de esta manera.

La cinta se mueve de abajo hacia arriba, debajo de ella recibe continuamente una carga, al mismo tiempo, la carga de su superficie se toma continuamente cerca del rodillo superior, ya que el rodillo superior dentro de la esfera también tiene un cepillo ubicado al lado. El cepillo elimina la carga de la cinta y, al estar conectado galvánicamente a la superficie interna de la esfera conductora hueca, le transfiere la carga, electrificando cada vez más este contenedor esférico sobre toda su superficie externa, esencialmente bombeándolo, bombeando carga hacia él.

La posibilidad fundamental de acumulación de carga en la capacidad de la esfera del generador Van de Graaff está limitada por la descarga de corona, que surge inevitablemente debido a la ionización del aire que rodea la esfera. El límite teórico para una esfera con un diámetro de 4.5 metros es de aproximadamente 17,000,000 voltios.

El científico estadounidense James Staki y la voluntaria Judy Creden demuestran la capacidad del cuerpo humano para conducir corriente eléctrica. Conferencia en Nueva York, 1966.