Ministerio de Educación del Ecuador

122/274

Cadena de arrastre en camiones y generador de Van de Graaff

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

Página 122

122 de 274

Anterior Página 122 / 274 Siguiente

Respuesta rápida

c) La cadena hace de puesta a tierra: drena al suelo las cargas generadas por la fricción, evitando chispas que enciendan los inflamables. d) Es un generador de alto voltaje: una banda cargada por frotamiento transporta cargas a una esfera conductora donde se acumulan por repulsión.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 122

Fisica 1° · 2024

Ejercicio c

Enunciado: ¿Por qué algunos camiones que transportan productos inflamables arrastran una cadena?

Respuesta orientativa:

Al circular, el camión y el aire friccionan sobre su carrocería, generando cargas eléctricas por efecto triboeléctrico. Las partículas de polvo y las gotas de agua que chocan contra el camión también transfieren cargas eléctricas a la chapa.
Si estas cargas se acumulan en el camión, la diferencia de potencial entre él y el suelo puede ser muy grande (varios miles de voltios).
En el descargado de una carga eléctrica a través de una chispa entre el camión y una superficie distinta, podría encenderse la mezcla de vapores inflamables que rodean el vehículo, provocando una explosión.
La cadena de acero cuelga desde el chasis hasta el pavimento. Como es metálica y está en contacto con el suelo, pone en contacto eléctrico al camión con la tierra.
De este modo, la cadena actúa como un puesta a tierra (conductor de descarga): cualquier carga que se acumule fluye por ella hacia el suelo de forma continua, sin que se alcancen diferencias de potencial peligrosas que produzcan chispas.
Por eso se dice que la cadena evita la acumulación de carga eléctrica estática y el riesgo de incendio o explosión.

Respuesta

La cadena pone el camión en contacto con la tierra (puesta a tierra), permitiendo que las cargas eléctricas generadas por la fricción drenen al suelo continuamente; así se evita que se acumulen y se produzcan chispas que podrían encender los productos inflamables.

Ejercicio d

Enunciado: ¿En qué consiste el generador de Van de Graaff?

Respuesta orientativa:

Es un dispositivo diseñado para producir grandes diferencias de potencial eléctrico (cientos de miles de voltios) mediante la acumulación de cargas estáticas sobre una superficie conductora.
Se compone de dos rodillos (un rodillo conductor inferior y uno aislante superior) sobre los que corre una banda (cinta) continua.
Un motor hace girar la banda. Al frotarse contra el rodillo inferior se generan cargas por efecto triboeléctrico, que son transportadas hacia arriba por la banda en movimiento.
En el interior de la esfera superior hay un conjunto de peines (electrodos afilados). Por el efecto de punta, las cargas saltan de la banda a la esfera conductora.
Como las cargas de igual signo se repelen, todas tienden a repartirse en la superficie exterior de la esfera (propiedades de los conductores), de modo que la esfera se carga con un potencial muy alto.
El aire a su alrededor se ioniza cuando el campo eléctrico es suficientemente intenso, produciendo chispas visibles. Es un modelo experimental clásico para estudiar la corona, la ionización y las descargas de alto voltaje.

Respuesta

El generador de Van de Graaff es un equipo que produce altas tensiones acumulando cargas estáticas: una banda que se carga por frotamiento sube las cargas hasta una esfera conductora hueca, donde peines de punta las transfieren y, por repulsión, se acumulan en la superficie, alcanzando cientos de miles de voltios.

Contenido de la página

Investigo y respondo

c) ¿Por qué algunos camiones que transportan productos inflamables arrastran una cadena?

[espacio para respuesta]

d) ¿En qué consiste el generador de Van de Graaff?

[espacio para respuesta]

Ejemplos resueltos

Un generador de Van de Graaff acumula $Q = 5\times10^{-5}\ \text{C}$ sobre una esfera de radio $R = 0{,}2\ \text{m}$ . ¿Qué potencial alcanza la esfera? ( $k = 9\times10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$ )

Se usa el potencial en la superficie de una esfera conductora: $V = \frac{k\,Q}{R}$ .
Se sustituyen los valores: $V = \frac{(9\times10^{9})(5\times10^{-5})}{0{,}2}$ .
Se calcula el numerador: $9\times10^{9}\times5\times10^{-5} = 4{,}5\times10^{5}$ .
Se divide entre el radio: $V = \frac{4{,}5\times10^{5}}{0{,}2} = 2{,}25\times10^{6}\ \text{V}$ .

Respuesta: $V = 2{,}25\times10^{6}\ \text{V} = 2{,}25\ \text{MV}$ , tensión suficiente para ionizar el aire y producir chispas.

Tabla

Elemento	Función
Banda continua	Transporta las cargas por frotamiento desde el rodillo inferior hasta la esfera
Rodillo inferior (conductor)	Genera cargas por efecto triboeléctrico
Rodillo superior (aislante)	Devuelve la banda sin descargarla
Peines de punta	Transfieren las cargas de la banda a la esfera por efecto de punta
Esfera conductora	Acumula las cargas en su superficie y alcanza gran potencial

Fórmulas y ecuaciones

Potencial en la superficie de una esfera conductora: $V = \frac{k\,Q}{R}$

Fuerza entre cargas (Ley de Coulomb): $F = k\frac{q_1 q_2}{r^{2}}$

V = $\frac{k\,Q}{R}$

F = k $\frac{q_1 q_2}{r^{2}}$

V $\approx$ $\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 R}$

Glosario (5)

Electricidad estática: Estudio de las cargas eléctricas en reposo y de los fenómenos que producen, como la atracción y repulsión entre cuerpos cargados.
Efecto triboeléctrico: Aparecimiento de cargas eléctricas en la superficie de dos materiales cuando se frotan entre sí.
Puesta a tierra: Unión eléctrica de un objeto con el suelo para permitir el drenaje de cargas y evitar diferencias de potencial peligrosas.
Generador de Van de Graaff: Aparato que produce altas tensiones acumulando cargas estáticas en una esfera conductora mediante una banda transportadora.
Efecto de punta: Concentración del campo eléctrico en superficies muy curvas (peines, puntas), que favorece la ionización del aire y las descargas.

Preguntas para practicar

¿Por qué algunos camiones que transportan productos inflamables arrastran una cadena?

Porque la cadena hace de puesta a tierra: al estar en contacto con el suelo drena las cargas eléctricas generadas por la fricción, evitando que se acumulen y que se produzcan chispas capaces de encender los vapores inflamables.

¿En qué consiste el generador de Van de Graaff?

Es un generador de alto voltaje: una banda cargada por frotamiento transporta cargas hasta una esfera conductora hueca, donde peines de punta las transfieren y, por repulsión entre cargas iguales, se acumulan en la superficie alcanzando cientos de miles de voltios.

Temas y conceptos clave

Electricidad estáticaPuesta a tierraGenerador de Van de Graaffcarga eléctricaefecto triboeléctricopuesta a tierradescarga eléctricadiferencia de potencialefecto de puntaVan de Graaff