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Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff (di Diego Urbani – Gennaio 2010) Nel 1929 a 29 anni il giovane Robert Jamieson.

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1 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff (di Diego Urbani – Gennaio 2010) Nel 1929 a 29 anni il giovane Robert Jamieson Van der Graaff inventò quella che sarebbe stata la più efficiente e diffusa macchina elettrostatica sia nei laboratori di fisica atomica che scolastici. La macchina di Van der Graaff è costituita da due rulli che trascinano una cinghia di materiale isolante. La cinghia ed il rullo si caricano per triboelettricità a causa della reciproca frizione. La polarità di carica è determinata dalla coppia triboelettrica prescelta. Allaltezza del rullo inferiore è collocato un pettine a punte, in genere messo a terra. Per effetto corona le cariche vengono trasferite sulla cinghia. La cinghia sale verso il rullo superiore che è situato entro una sfera, od altro contenitore metallico cavo, portando con se le cariche. Allaltezza del rullo superiore è posto un secondo pettine dal quale sfuggono per effetto corona le cariche di segno opposto a quelle presenti sulla cinghia neutraliz- zandole. In questo modo la sfera, od il conduttore cavo si caricano di elettricità omologa a quella della cinghia. Il potenziale raggiunto dalla sfera è limitato solo dalleffetto corona e dal potere isolante del mezzo, in questo caso aria, in cui è immerso.

2 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 2 MATERIALI: una lattina da bibita - un raccordo in PVC lungo ca. 30 cm diam. 5 cm con tappo di chiusura - una basetta di legno cm 25 x 15 ca, spessore ca 2 cm – un motorino elettrico 16/12 V circa 20 W – 2 squadrette metalliche ca. 5 x 5 cm – uno spezzone di para od altro materiale elastico flessibile ed isolante da cui poter trarre una cinghia di circa 50 cm x 4 – un anello elastico (o ring) del diametro di 10/12 cm, spessore 3/4 mm – una vecchia antenna a stilo – 1 chiodo lungo circa 8 cm diam. 4 mm – 4 tappi forati in gomma per chimica tali che uniti per la parte più larga entrino agevolmente nel tubo di PVC – una puleggia piccola che si innesti sullasse del motorino elettrico ed una di diametro 2/3 volte superiore con diametro interno 4 mm (da Meccano) – un paio di metri di filo di lana od un pezzettino di feltro autoadesivo – un pezzettino di rete metallica tipo zanzariere – filo elettrico unipolare fino – colle bicomp-onenti e cianacrilato – 2 viti a legno con rondella 4 x 15 – nastro adesivo, feltrini – 1 bullone con dado diam 4 x 50mm.

3 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 3 Togliere limboccatura della lattina, avendo cura che non vi siano parti sporgenti o residui taglienti: usate carta abrasiva ed una lima a mezzo tondo. Tracciare su di un foglio un cerchio avente il diametro del tubo in PVC ed il suo diametro, come in foto illustrato. Poggiare il tubo sul cerchio e tracciare con un pennarello due linee verticali diametralmente opposte. La corretta esecuzione riveste la massima importanza: ci si può aiutare con un sistema come in foto illustrato.

4 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 4 Con laiuto di un calibro, incidere leggermente le linee verticali ad una distanza di circa 15/20 mm dal bordo superiore (di diametro minore) e segnare il punto. Effettuare la stessa operazione sullaltro lato del tubo (di diametro maggiore), ma a 30/35 mm dal bordo. Dalla vecchia antenna recuperare due settori successivi in modo che quello più grande abbia un diametro di circa 4/5 mm. Praticare sulla parte superiore del tubo due fori diametralmente opposti in corrispondenza dei segni effettuati. Il diametro dei fori deve consentire i passaggio a leggero attrito del pezzetto di antenna di diametro minore. Queste operazioni vanno effettuate con la massima cura.

5 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 5 Tagliare il tubicino dellantenna di diametro maggiore ad una lunghezza pari al diametro interno del tubo ed infilarvi i tappi forati per chimica come illustrato in foto. I tappi possono essere eventualmente incollati testaa testa con una goccia di cianacrilato (Attack). Tagliare il tubicino di diametro maggiore ad una lunghezza pari al diametro esterno del tubo di PVC + circa 1 mm. Alla fine, il montaggio del rullo superiore deve apparire come in figura ed il rullo deve ruotare liberamente sul suo asse.

6 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 6 Forare il tubo il PVC dalla parte più larga secondo il diametro, in corrispondenza dei segni. I fori devono avere il diametro di 4 mm e consentire il passaggio senza giochi del chiodo lungo circa 7/ 8 cm. Incollare testa contro testa i due tappi come in figura. I tappi devono poter essere sfilati dal chiodo, ma nello stesso tempo devono aderirvi con una certa frizione. Se il foro dei tappi fosse troppo stretto, può essere allargato passandovi un altro chiodo uguale al primo scaldato sulla fiamma. Fare però sempre in modo che il foro sia ben centrato. Tagliare il chiodo dalla parte opposta alla testa lasciando però un eccesso di circa 20 mm rispetto al diametro del tubo (vedi più avanti). Rivestire il rullo inferiore con del feltro adesivo o, meglio, con un filo di lana secca avvolto ordinatamente su 2 strati e fissato agli estremi con una goccia di cianacrilato.

7 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 7 Nella figura in alto si vede bene come deve apparire lasse inferiore prima di essere tagliato. La lunghezza definitiva deve consentire anche linterposizione di rondelle per ridurre lattrito. La sequenza del montaggi a partire dalla testa è: 2 rondelle, parete del tubo, rullo, parete del tubo 3-4 rondelle (per evitare che la vite della puleggia tocchi sulla corona bassa del tubo) puleggia. Adesso tagliamo una striscia di para, od altro materiale isolante elastico larga quando i rulli, meno un paio di millimetri e lunga 2 volte la distanza tra gli assi dei rulli + 2/3 cm. In sostanza, la cinghia chiusa deve essere appena tesa fra i rulli. Se è troppo tesa la potenza per metterla in rotazione può essere superiore a quella fornita dal motore e si possono ovalizzare i fori di passaggio degli assi. Ricordiamoci che sono di plastica e senza boccole o cuscinetti!

8 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 8 Stabilita la misura della cinghia, i due estremi vanno leggermente sovrapposti e quindi tagliati insieme secondo una leggera diagonale. Quindi, dopo essere averli leggermente carteggiati sulle due facce, vanno posizionati su di una striscia di nastro adesivo in carta da carrozzieri in modo che i due tagli siano perfettamente combacianti. Sulla giunzione si porrà una piccola quantità di Attack. Una volta asciugato, si rivolta la cinghia, si rimuove il nastro, carteggiando per togliere eventuali pezzetti incollati, e si mette dellAttack anche su questa parte del taglio. Alla fine, si rimuovono eventuali eccessi od asperità con carta vetrata fine e si pulisce per bene tutta la cinghia. Il grasso e lo sporco possono far si che la cinghia diventi conduttrice e non funzioni!

9 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 9 Sulla basetta di legno, ben carteggiata e verniciata con 2/3 mani di smalto, va fissato da un lato il tappo di chiusura del tubo in PVC. Si useranno due viti a legno lunghe circa 15 mm e due rondelle che servono a trattenere meglio il tappo evitando che i fori si possano strappare. In corrispondenza dellasse del rullo inferiore, con una lima tonda si praticheranno due asole lunghe e larghe a sufficienza per evitare che lasse tocchi, una volta inserito il tubo. Il motore può essere fissato come in foto utilizzando due squadrette di metallo giustapposte e fissate con viti ad una distanza tale che il motore vi alloggi con un piccolo lasco. Sui lati delle squadrette a contatto col motore si incolleranno due feltrini. Un bullone passante sopra le squadrette, una volta stretto, manterrà ben fisso il motore. La distanza tra lasse del motore e quello del rullo inferiore deve essere calcolata in base allo ring a disposizione che fa da cinghia di trasmissione, tenuto conto che la tensione deve essere la minima sufficiente a trasmettere il moto.

10 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 10 Sullo stesso lato del tubo, a circa 2 cm più in alto del rullo inferiore ed 1 cm del rullo superiore, si praticheranno con un seghetto 2 tagli orizzontali, paralleli alla direzione dei rulli che si fermino a circa 1,5 cm per lato dal centro del tubo: osservare bene le figure!

11 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 11 Attraverso il taglio superiore si inserirà un pezzetto di retina in modo tale che il lembo interno di essa non vada a toccare la cinghia ma sia ad una distanza di 3-4 mm da essa, anche durante la rotazione. Una volta trovata la posizione, fissare la retina al taglio con un poco di Attack. Sulla retina fissare una altra strisciolina di retina, come in figura, che andrà a fare contatto con linterno della lattina. Quando è asciutto rifilare per bene la retina allesterno e passare intorno al tubo qualche giro di nastro adesivo,in modo che il taglio sia coperto ed anche gli estremi dellasse superiore non possano uscire dalle sedi, Assicurarsi che lo spessore sia tale che la lattina da bibita possa essere inserita a leggera frizione. Eventualmente un cm più in basso avvolgere qualche giro di nastro in modo che la lattina, in questo caso vi batta sopra e non scivoli più in basso. Alla base inserire unaltra retina, collegandovi allesterno un pezzo di filo elettrico sottile.

12 Realizzazione di un piccolo generatore elettrostatico di Van der Graaff 12 Infilare il tubo sul suo supporto e controllare che lasse giri liberamente senza sfregare. Eventualmente ruotarlo leggermente od allargare le asole praticate nel tappo. Mettere una piccola goccia di lubrificante sui perni dei rulli. ATTENZIONE A NON IMBRATTARE LA CINGHIA! Collegare la puleggia del motore a quella dei rulli, facendo attenzione a che essa non sia troppo tesa, ma nemmeno troppo lasca. Collegare la retina in basso a terra (termosifone o tubo dellacqua), in alternativa può essere sufficiente un lungo pezzo di filo che strusci sul pavimento. Dare corrente al motore facendo attenzione che la cinghia salga sul lato dove sono posizionati i pettini. In caso contrario invertire la polarità di alimentazione. Lo scorrimento deve avvenire in modo silenzioso e senza sussulti e la cinghia si deve mantenere al centro dei rulli. Se lapparecchio è stato ben realizzato, in condizioni di tempo asciutto può dare scintille lunghe anche 4 cm.

13 SERIE TRIBOELETTRICA massima carica positiva aria pelle umana asciutta amianto vetro mica capelli umani nylon lana pelliccia piombo seta alluminio carta cotone legno acciaio ambra ceralacca gomma dura vetroresina nichel, rame ottone, argento oro, platino schiuma di polistirene acrilico poliestere celluloide orlon schiuma di poliuretano polietilene polipropilene PVC (cloruro di polivinile) silicio teflon massima carica negativa


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