Fue inventado por Van de Graaff inventó en 1931, con la finalidad de producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos.
El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.
En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico.
Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta.
La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco.
En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario.
Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor
Supongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera un carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.
Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje. Se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta.
Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo.
La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica).
Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta está hecha de goma, y la polea inferior está hecha de nylon cubierto con una capa de plástico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco.
Si se usa un material neutro en la polea superior E la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente. _______________________________________________________________________________ VIDEOS _______________________________________________________________________________ Algunos videos en la red de experimentos realizados con el generador de Van de Graff
El espectrógrafo de masas es un dispositivo experimental que permite separar iones de átomos y/o moléculas en función de su masa. Se compone de una cámara donde se producen los iones, un pequeño acelerador lineal donde un campo eléctrico les aplica una diferencia de potencial, y la zona de detección donde un campo magnético los separa, antes de que incidan sobre una placa de detección (normalmente una placa fotográfica). Lo inventó Aston (1877-1945) en 1919 y lo utilizó para identificar, separándolos en base a la diferencia de sus masas, un gran número de isótopos (hasta entonces desconocidos) de elementos no radiactivos. Así descubrió hasta 212 de los 287 isótopos naturales y aportó la regla que lleva su nombre, que afirma que los elementos atómicos de número impar no pueden tener más de dos isótopos estables. En 1922 recibió el premio Nobel de Química.
A la derecha se muestra un esquema simplificado del espectrógrafo de masas. Para investigar sus isótopos naturales se introduce un elemento, previamente vaporizado, en la cámara de ionización, donde se le inyectan electrones que ionizan sus átomos. Los iones obtenidos (positivos) son acelerados por el campo eléctrico E y, después de pasar por el orificio de la placa negativa del acelerador, entran en la zona de detección, donde se les aplica un campo magnético B, perpendicular a su velocidad. La fuerza magnética de Lorentz curva su trayectoria, dependiendo el radio de curvatura de la relación entre la masa y la carga de los iones. Así, por ejemplo, si el elemento analizado tiene tres isótopos naturales, el ión de cada uno (con masa diferente) se detectará en un lugar diferente de la placa, tal como se representa en el dibujo adjunto.
Las ecuaciones relevantes en este proceso son la expresión que relaciona la energía cinética que adquieren los iones en el acelerador con el potencial eléctrico que se les aplica ahí (mv2/2=qV) y la expresión que calcula el radio de curvatura de la trayectoria circular que siguen los iones en la zona de detección (R=mv/qB). Combinando ambas, se obtiene la siguiente expresión para la relación entre la masa y la carga del ión:
En esta ecuación, el potencial, V, aplicado en el acelerador, y el campo magnético, B, son manipulables, y también se conoce la carga de los iones (igual a la de los electrones arrancados a cada átomo en la cámara de ionización). El lugar de la placa de detección donde inciden aporta experimentalmente el radio, único dato que falta para obtener su masa.
La animación adjunta simula el comportamiento de iones en una zona semejante a la zona de detección del espectrógrafo, por tanto, afectada por un campo magnético perpendicular al movimiento de los iones. Permite elegir el valor de la masa del ión (en unidades arbitrarias) para así comprobar que la fuerza que le ejerce el campo magnético le lleva a incidir sobre la pantalla de detección en el lugar que corresponde.
Actualmente la espectrometría de masas es el mejor método para analizar cualitativa y cuantitativamente iones atómicos y también moleculares, si bien el análisis de los segundos resulta más complejo porque las moléculas previamente se han de "atomizar" o al, menos, se deben fragmentar. Así, mientras los espectros atómicos de masas son muy sencillos y fáciles de interpretar (mucho más que los espectros atómicos ópticos), los espectros de masas moleculares requieren aplicar algunas reglas de inferencia. A pesar de ello se considera la mejor técnica actual para resolver las estructuras de moléculas desconocidas.
Los pormenores de la tecnología PET, según el científico uruguayo Henry Engler, presidente del CUDIM:
“El ciclotrón genera un campo magnético en el cual las partículas son aceleradas. Funciona como un cañón para disparar sobre ciertos gases y eso hace que se cree lo que se conoce como ‘radionucleidos’. Con ese ciclotrón nosotros podemos marcar esos radionucleidos, que generalmente son el Flúor 18, el Carbono 11 y el Oxígeno 15. Esos átomos quedan inestables después del bombardeo; entonces, van liberando positrones para volver a su estado natural... El ciclotrón crea esos átomos inestables; después, nosotros, mediante un procesamiento de química, los metemos dentro de diferentes moléculas, y esa sustancia se puede inyectar dentro del cuerpo humano”
Les dejo aquí la presentación para que puedan leer e imprimir la correspondiente al espectro electromagnético y una imagen del espectro electromagnético
Alumnos: AQUÍ LES DEJO LOS EJERCICIOS DE REPASO CON LAS SOLUCIONES. LAS DUDAS ME LAS PLANTEAN EN ESTA ENTRADA REALIZANDO UN COMENTARIO, QUE A LA BREVEDAD LAS RESPONDERÉ.
Este aparato permitió establecer y comprobar la ley que rige la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas, además de resultar muy útil en otros experimentos de gran importancia científica. Se basa en el principio demostrado por Coulomb que dice: ”la fuerza de torsión es proporcional al ángulo de torsión”. El aparato se compone de una base de madera sobre la que se apoya una caja cilíndrica de cristal con una cinta graduada a su alrededor colocada a media altura y cerrada en su parte superior por una cubierta que está atravesada en su centro por un cilindro hueco de cristal que se prolonga hasta el interior de la caja. Este cilindro se cierra en su extremo superior por el micrómetro del aparato: dos tambores metálicos, uno graduado en su borde, con giro suave del uno sobre el otro . Sujeto a este elemento se encuentra un hilo muy fino de plata que pende por el interior de este cilindro hueco y se prolonga hasta el interior de la caja de cristal; en este otro extremo el hilo de plata sostiene una aguja o varilla horizontal de goma laca. Por un orificio en la cubierta se introduce una bolita aislada, con un mango de vidrio, que podrá ser electrizada convenientemente desde el exterior. El proceso consistía en medir los ángulos de torsión que sufría la varilla móvil unida al hilo de plata como resultado de la fuerza de atracción o repulsión con la esferita fija previamente electrizada, a partir de estos se deducían las fuerzas existentes entre ambos elementos debido a la carga eléctrica, quedando establecidas las variables de las que depende dicho valor y en que medida lo hace concluyendo en la conocida Ley de Coulomb.
Cuestionario para estudiar con el material que adjunto a continuación: 1- Defina campo eléctrico.(Concepto, ecuación, unidades) 2- Obtenga una ecuación para el campo eléctrico alrededor de una carga puntual. 3- ¿Qué son las líneas de campo eléctrico? 4- ¿Cómo se dibujan las líneas de campo eléctrico? 5- Dibuje la configuración de campo eléctrico de una carga puntual, un dipolo y un campo eléctrico uniforme
