La carica in lattina:
Il generatore di Van de Graaff
Motivazioni
La proposta di costruire un piccolo generatore di Van de Graaff è venuta dalla nostra insegnante di
fisica con la motivazione che parte del programma che avremmo dovuto studiare quest’ anno
riguardava l’ elettrizzazione dei corpi. L’ insegnante ci ha consegnato le fotocopie di un articolo
tratto dalla rivista “ Didattica delle scienze”( vedi bibliografia) dove in modo dettagliato veniva
spiegato come costruire con materiale di recupero il generatore. Questo articolo è stato molto
prezioso specialmente per capire il funzionamento del generatore e per darci indicazioni nella
scelta dei materiali da usare per la sua realizzazione. Ulteriori suggerimenti per la costruzione del
generatore li abbiamo trovati facendo noi stessi ricerche in internet.
Principio di funzionamento
Il principio di funzionamento del generatore può essere spiegato nel modo seguente: per effetto
dello strofinio della cinghia sulla superficie dei rulli, si generano cariche di segno opposto che la
cinghia di materiale isolante provvede a trasportare sia verso l’ alto sia verso il basso; le cariche
trasportate verso l’ alto si accumulano sull’ elettrodo Alta Tensione, quelle trasportate verso il basso
vengono scaricate a terra e la cinghia rimasta neutra riprende il suo giro.
Parti che compongono il generatore
a)base isolante
b)morsetto in metallo
c)motorino elettrico
d)rulli
e)spazzole
f)colonna isolante
g)cinghia di gomma
h)elettrodo Alta Tensione
Base isolante: è costituita da tre tavolette di legno sopra le quali è stata fissata con viti una base in
plastica di lego per poter incastrare la colonna isolante pure fatta di lego.Su una quarta tavoletta è
fissato il motorino
Un morsetto di alluminio blocca e tiene ferma la tavoletta sulla quale è fissato il
motorino.Togliendo il morsetto si può sfilare la tavoletta con il motorino.Questo è utile nel caso in
cui la cinghia si rompa e debba essere cambiata. Il morsetto viene anche utilizzato per la messa a
terra della spazzola.
Il Motorino elettrico serve per mettere in rotazione la cinghia di gomma.
Ne abbiamo provati diversi: quello ricavato da un avvitatore elettrico aveva un asse centrale molto
corto terminante con una ruota dentata e ci ha creato difficoltà per la trasmissione della rotazione ai
rulli, quelli presi da un computer e da uno stereo erano poco potenti e davano problemi nel mettere
in moto la cinghia.Quello che infine abbiamo scelto è stato ricavato da un vecchio frullatore ad
immersione. Dato che il suo asse centrale era corto, lo abbiamo allungato con un cilindro di plastica
ricavato da un computer in modo da facilitare l’ avvolgimento della cinghia ed usarlo direttamente
come puleggia inferiore.
I rulli sono due: una inferiore, una superiore. Quello inferiore è di materiale isolante ed è costituito
dall’ asse centrale del motorino stesso. La sua funzione è anche quella di puleggia trascinante.
Il rullo superiore è di metallo ed è costituita da un sottile cilindretto metallico inserito in due
fori situati da parti opposte della colonna di lego isolante.
Le spazzole sono due posizionate l’ una vicino al rullo inferiore, l’ altra vicino al rullo superiore e
in entrambi i casi davanti alla cinghia a qualche millimetro di distanza da essa.
Servono per prelevare le cariche trasportate dalla cinghia e a convogliarle verso i terminali
rappresentati dall’ elettrodo Alta Tensione e dalla terra. Per poter svolgere efficacemente tale
funzione devono essere formate da tante punte di materiale conduttore perché le punte
conduttrici risultano idonee per il loro potere di prelievo delle cariche.
Le nostre spazzole non sono altro che due tratti di filo elettrico spellato e aperto a ventaglio.La
spazzola inferire è collegata al morsetto di alluminio che fa da massa e la spazzola superiore è
collegata all’ elettrodo Alta Tensione.
La colonna isolante serve a sostenere l’ elettrodo Alta Tensione, il rullo superiore e a consentire
che la cinghia di gomma, tesa fra questa e l’ altro rullo possa ruotare liberamente quando viene
azionato il motorino. Noi l’ abbiamo costruita con il lego dopo aver tentato di realizzarla con
un tubo di gomma rigida.La colonna di lego ha dato meno problemi per il fissaggio alla base,ci
permette di vedere la cinghia mentre ruota e di assestarla se posizionata male.
La cinghia di gomma ha, oltre alla funzione di trasmettere il movimento al rullo superiore, quello
più importante di trasportare le cariche . Noi l’ abbiamo realizzata con un comune elastico di
gomma largo 8mm. Per metterla in sede la si fa passare prima sull’ asse del motorino, con un
bastoncino la si tira verso l’ alto attraverso il sostegno di lego, si inserisce il secondo rullo di
metallo prima in uno dei due fori nella colonna di lego e quindi nel secondo dopo aver agganciato
l’ elastico. In questo modo l’ elastico resta teso fra i due rulli e nello stesso modo può essere
cambiato in caso di rottura.
L’ elettrodo Alta Tensione ha la funzione di accumulare le cariche trasportate dalla cinghia. Anche
se un elettrodo Alta Tensione dovrebbe avere una forma sferica, noi abbiamo usato un elettrodo di
forma cilindrica ricavato da una lattina di coca cola e lo abbiamo fissato alla colonna di lego
eliminando la parte superiore della lattina.
Abbiamo inoltre fissato sull’ elettrodo Alta Tensione dei fili di cotone: quando l’ elettrodo si carica
i fili vengono allontanati dal barattolo e rimangono in tale posizione finchè la carica non si disperde
(basta toccare la lattina con un dito). Sempre per evidenziare che la lattina è carica, le si può
avvicinare un tubicino al neon e osservare il bagliore rossastro al suo interno.
Noi al lavoro nel laboratorio della scuola
Il lavoro finito e funzionante
Riferimenti bibliografici:
Antonio Vuolo : “ Prova è facile: Il generatore elettrostatico di Van de Graaff”
Didattica delle Scienze Ottobre 2007 n° 251
http://madscientist.altervista.org/elettr/elettrost/vdg/vdg.htm
