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LAB2GO Scienza

Generatore a nastro di Van der Graaf

Descrizione

Fu inventato verso la fine del 1929 dal fisico statunitense Robert Van de Graaff (1901-1967), da cui prende il nome. Il generatore di Van de Graaff è un generatore elettrostatico in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo ed un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un'altissima tensione (si può arrivare fino a milioni di volt).

Un generatore di questo tipo è composto sostanzialmente da una cinghia di materiale isolante (caucciù) tesa tra due pulegge e mantenuta in rotazione da un motore. La cinghia viene caricata per induzione da una serie di punte metalliche (potere disperdente delle punte) poste in prossimità di una delle due pulegge e collegate ad un generatore di tensione continua (ad esempio una batteria). Queste cariche vengono poi trasportate, per azione del motore che muove la cinghia, all'interno di un conduttore di forma sferica (o più raramente, a cupola), isolato, dove un secondo pettine metallico collegato elettricamente alla sfera le trasferisce sulla superficie di quest'ultima. Se non si spegne la macchina, il processo si arresta quando la tensione presente nella sfera è sufficiente a produrre scariche elettriche attraverso gli isolanti di sostegno (rottura dielettrica) o attraverso l'aria circostante (ionizzazione dell'aria). Per la sua relativa semplicità è comune nei laboratori di molte scuole, ma ha anche applicazioni pratiche ad esempio in fisica nucleare, in cui l'elevata differenza di potenziale elettrico generata viene utilizzata per accelerare particelle dotate di carica elettrica.

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Funzionamento

Azionata dal motore, la cinghia di materiale isolante scorre, lungo la colonna, attorno ai due rulli. In prossimità del rullo sulla base vengono generate per strofinio, o mediante l’applicazione di una d.d.p. (differenza di potenziale elettrico), delle cariche statiche sulla cinghia; queste vengono trasportate dalla cinghia stessa nella parte cava della sfera conduttrice, dove un pettine, collegato internamente alla sfera, le preleva cosicché esse si dispongono sulla superficie esterna della sfera. La carica accumulata in questo modo determina intorno alla sfera un campo elettrico che può arrivare a ionizzare l’aria circostante, producendo scariche verso altri conduttori presenti in prossimità. La differenza di potenziale elettronico tra la sfera e terra può raggiungere valori tra 50 e 100 kV. Si potrebbe pensare che una tensione così elevata sia pericolosa, ma in realtà, dato che in questo caso la quantità di cariche implicate nel processo è piccola, non vi è alcun rischio per la persona.


Esperienze

Esperienze possibili Descrizione
Scarica elettrica Avvicinare al conduttore in tensione un conduttore posto a massa e osservare la scarica che si genera, in modo analogo ai fulmini.
Dimostrare potere punte Con il generatore di Van de Graaff, grazie all'effetto punta, è possibile mantenere carico ad un certo potenziale il mulinello elettrico. Fenomeno per cui le cariche elettriche distribuite sulla superficie di un conduttore si concentrano nelle parti che presentano un raggio di curvatura minore.
Elettrizzazione conduttori Con il generatore di Van de Graaff è possibile elettrizzare un corpo tramite contatto.
Elettrizzazione per induzione Avvicinando un corpo alla sfera di metallo carica del generatore,nel corpo si genera una carica opposta per induzione.
Esperimenti di Elettrostatica Strofinando alcuni materiali plastici (detti, per la loro analogia con l'ambra, resinosi) con un panno di lana è possibile ottenere sulla loro superficie delle cariche elettriche negative (-), che chiameremo elettroni. Sono materiali resinosi la plastica, l'ambra, il polistirolo. Viceversa esistono dei materiali (detti vetrosi) che, se strofinati, palesano sulla loro superficie delle cariche positive (+), i protoni.
La scarica elettrostatica Avvicinando alla sfera di Van der Graaff un'altra sfera conduttrice collegata a terra, si possono generare scariche elettrostatiche simili a fulmini. il forte campo elettrico prodotto dal generatore ionizza l'aria circostante e le cariche poste sulla sfera si scaricanosull'altra sfera.

Sitografia

Link Descrizione
Wikipedia Descrizione Generatore di Van de Graaff
Youtube Esperienza generazione scariche
Youtube Video sull'uso del generatore
UCLA I vari possibili esperimenti con la macchina elettrostatica (inglese)
fisica/strumenti/generatori_a_nastro_di_van_der_graaf.txt · Ultima modifica: 2019/06/24 05:05 da clemente.smarra