thumb|right|330px|alt= Esfera grande de metal sostenida por un tubo de plástico transparente, dentro del cual se puede ver una correa de goma. Una esfera más pequeña es sostenida por una barra de metal. Ambos están montados sobre una base en la cual se encuentra también un pequeño motor eléctrico.|Un generador Van de Graaff, para demostraciones de aula
Un generador electrostático, o máquina electrostática, es un generador eléctrico que produce electricidad estática, o electricidad a alta tensión y corriente continua baja. El conocimiento de la electricidad estática se remonta a las primeras civilizaciones, pero durante miles de años se mantuvo meramente como un fenómeno interesante y desconcertante, sin una teoría que explicase su comportamiento, y a menudo confundido con el magnetismo. A finales del , los investigadores habían desarrollado medios prácticos para generar electricidad por fricción, pero el desarrollo de máquinas electrostáticas no comenzó en serio hasta el , cuando se convirtieron en instrumentos fundamentales en los estudios sobre la nueva ciencia de la electricidad.
Los generadores electrostáticos funcionan utilizando la fuerza manual (u otra) para transformar el trabajo mecánico en energía eléctrica, o utilizando corrientes eléctricas. Los generadores electrostáticos manuales desarrollan cargas electrostáticas de signos opuestos aplicadas a dos conductores, utilizando únicamente fuerzas eléctricas y funcionan utilizando placas, tambores o correas móviles aplicadas a dos conductores.
Descripción Las máquinas electrostáticas suelen utilizarse en las aulas de ciencias para demostrar de forma segura las fuerzas eléctricas y los fenómenos de alta tensión. Las elevadas diferencias de potencial que se consiguen también se han utilizado para diversas aplicaciones prácticas, como el funcionamiento de tubos de rayos X, aceleradores de partículas, espectroscopia, aplicaciones médicas, esterilización de alimentos y experimentos de física nuclear. Los generadores electrostáticos, como el generador de Van de Graaff, y variaciones como el Pelletron, también se utilizan en la investigación física.
Los generadores electrostáticos pueden dividirse en categorías en función de cómo se genera la carga: Las máquinas de fricción utilizan el efecto triboeléctrico (electricidad generada por contacto o fricción) Las máquinas de influencia utilizan la inducción electrostática Otros
Máquinas de fricción Historia thumb|right|222px|Típica máquina de fricción que utiliza un globo de cristal, habitual en el siglo XVIII
thumb|222px|Generador electrostático de Martinus van Marum en el Museo Teylers
Los primeros generadores electrostáticos se denominan máquinas de fricción debido al rozamiento en el proceso de generación. Una forma primitiva de máquina de fricción fue inventada hacia 1663 por Otto von Guericke, utilizando un globo de azufre que podía girarse y frotarse con la mano. Es posible que en realidad no se hiciera girar durante su uso y no estaba destinado a producir electricidad,See:
Heathcote, N. H. de V. (1950) "Guericke's sulphur globe", Annals of Science, 6 : 293-305. doi:10.1080/00033795000201981 Zeitler, Jürgen (2011) "Guerickes Weltkräfte und die Schwefelkugel", Monumenta Guerickiana 20/21 : 147-156. pero inspiró muchas máquinas posteriores que utilizaban globos giratorios. Isaac Newton sugirió el uso de un globo de cristal en lugar de uno de azufre.Optics, 8th Query Hacia 1706, Francis Hauksbee mejoró el diseño básico con su máquina eléctrica de fricción que permitía hacer girar rápidamente una esfera de cristal contra un paño de lana.
Los generadores avanzaron aún más cuando, hacia 1730, el profesor Georg Matthias Bose de Wittenberg añadió un conductor colector (un tubo o cilindro aislado sostenido por cuerdas de seda). Bose fue el primero en emplear el "conductor primario" en este tipo de máquinas, que consistía en una barra de hierro sostenida en la mano de una persona cuyo cuerpo estaba aislado por estar de pie sobre un bloque de resina.
En 1746, la máquina de William Watson tenía una gran rueda que hacía girar varios globos de cristal, con una espada y un cañón de pistola suspendidos de cuerdas de seda como conductores principales. Johann Heinrich Winckler, profesor de física en Leipzig, sustituyó la mano por un cojín de cuero. En 1746, Jan Ingenhousz inventó las máquinas eléctricas de vidrio.Consult Dr. Carpue's 'Introduction to Electricity and Galvanism', London 1803. Los experimentos con la máquina eléctrica se vieron favorecidos en gran medida por el descubrimiento de la botella de Leyden. Esta forma primitiva de condensador, con revestimientos conductores a ambos lados del vidrio, puede acumular una carga de electricidad cuando se conecta a una fuente de fuerza electromotriz.
La máquina eléctrica fue pronto mejorada por Andrew (Andreas) Gordon, escocés y profesor en Erfurt, que sustituyó el globo de cristal por un cilindro de vidrio; y por Giessing de Leipzig, que añadió una "goma" consistente en un cojín de material de lana. El colector, consistente en una serie de puntas metálicas, fue añadido a la máquina por Benjamin Wilson hacia 1746, y en 1762, John Canton de Inglaterra (también el inventor del primer electroscopio de bola de médula) mejoró la eficacia de las máquinas eléctricas espolvoreando una amalgama de estaño sobre la superficie de la goma.Maver, William Jr.: "Electricity, its History and Progress", The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge, vol. X, pp. 172ff. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp. En 1768, Jesse Ramsden construyó una versión muy utilizada de un generador eléctrico de placas.
En 1783, el científico holandés Martin van Marum de Haarlem diseñó una gran máquina electrostática de gran calidad con discos de vidrio de 1,65 metros de diámetro para sus experimentos. Capaz de producir voltaje con cualquier polaridad, fue construida bajo su supervisión por John Cuthbertson de Ámsterdam al año siguiente. El generador se expone actualmente en el museo Teylers de Haarlem.
En 1785, N. Rouland construyó una máquina con cinturón de seda que frotaba dos tubos conectados a tierra y recubiertos de piel de liebre. En 1787, Edward Nairne desarrolló un generador electrostático con fines médicos que podía generar electricidad positiva o negativa, la primera de las cuales se recogía del conductor primario que llevaba los puntos de recogida y la segunda de otro conductor primario que llevaba la almohadilla de fricción.
En la década de 1830, Georg Ohm poseía una máquina similar a la de Van Marum para sus investigaciones (que ahora se encuentra en el Deutsches Museum, Múnich, Alemania). En 1840, se desarrolló la máquina de Woodward mejorando la máquina de Ramsden de 1768, colocando el conductor primario por encima del disco o discos. También en 1840 se desarrolló la máquina hidroeléctrica de Armstrong, que utilizaba vapor como portador de carga.
Funcionamiento por fricción La presencia de un desequilibrio en la carga superficial significa que los objetos presentarán fuerzas de atracción o repulsión. Este desequilibrio de cargas superficiales, que da lugar a la electricidad estática, puede generarse tocando dos superficies diferentes y separándolas después debido al fenómeno del efecto triboeléctrico. El roce de dos objetos no conductores puede generar una gran cantidad de electricidad estática. Esto no es el resultado de la fricción; dos superficies no conductoras pueden cargarse con sólo colocarse una encima de la otra. Como la mayoría de las superficies tienen una textura rugosa, se tarda más en conseguir la carga por contacto que por frotamiento. Al frotar los objetos se incrementa la cantidad de contacto adhesivo entre las dos superficies. Normalmente, los aislantes, es decir, las sustancias que no conducen la electricidad, son buenos tanto para generar como para mantener una carga superficial. Algunos ejemplos de estas sustancias son el caucho, el plástico, el vidrio y la médula. Los objetos conductores en contacto también generan un desequilibrio de cargas, pero sólo las retienen si están aislados. La carga que se transfiere durante la electrificación por contacto se almacena en la superficie de cada objeto. Obsérvese que la presencia de corriente eléctrica no resta valor a las fuerzas electrostáticas ni a la formación de chispas, a la descarga de corona o a otros fenómenos. Ambos fenómenos pueden existir simultáneamente en el mismo sistema.
Máquinas de influencia
Historia Con el tiempo, las máquinas de fricción fueron sustituidas gradualmente por la segunda clase de instrumentos mencionados anteriormente, a saber, las máquinas de influencia. Estas máquinas funcionan por inducción electrostática y convierten el trabajo mecánico en energía electrostática mediante una pequeña carga inicial que se repone y refuerza continuamente. La primera sugerencia de una máquina de influencia parece haber surgido de la invención del electróforo de Volta. El electroforo es un condensador de una sola placa utilizado para producir desequilibrios de carga eléctrica mediante el proceso de inducción electrostática.
El siguiente paso fue cuando Abraham Bennet, el inventor del electroscopio de láminas de oro, describió un "duplicador de electricidad" (Phil. Trans., 1787), como un dispositivo similar al electróforo, pero que podía amplificar una pequeña carga mediante repetidas operaciones manuales con tres placas aisladas, para hacerla observable en un electroscopio. En 1788, William Nicholson propuso su duplicador giratorio, que puede considerarse como la primera máquina de influencia giratoria. Su instrumento fue descrito como "un instrumento que haciendo girar un torno produce los dos estados de la electricidad sin fricción ni comunicación con la tierra". (Phil. Trans., 1788, p. 403) Nicholson describió más tarde un aparato "condensador giratorio", como un instrumento mejor para las mediciones.
Erasmus Darwin, W. Wilson, G. C. Bohnenberger y (más tarde, en 1841) J. C. E. Péclet desarrollaron diversas modificaciones del dispositivo de Bennet de 1787. Francis Ronalds automatizó el proceso de generación en 1816 adaptando un péndulo como una de las placas, accionado por un mecanismo de relojería o una máquina de vapor - creó el dispositivo para alimentar su telégrafo eléctrico.
Otros, como T. Cavallo (que desarrolló en 1795 el "multiplicador de Cavallo", un multiplicador de carga por simple adición), John Read, Charles Bernard Desormes y Jean Nicolas Pierre Hachette, desarrollaron otras formas de duplicadores giratorios. En 1798, el científico y predicador alemán Gottlieb Christoph Bohnenberger describió en un libro la máquina de Bohnenberger, junto con varios otros duplicadores de los tipos Bennet y Nicholson. Los más interesantes fueron descritos en los "Annalen der Physik" (1801). Giuseppe Belli, en 1831, desarrolló un simple doblador simétrico que consistía en dos placas metálicas curvadas entre las que giraba un par de placas transportadas sobre un vástago aislante. Fue la primera máquina de influencia simétrica, con estructuras idénticas para ambos terminales. Este aparato fue reinventado varias veces, por C. F. Varley, que patentó una versión de alta potencia en 1860, por Lord Kelvin (el "reponedor") 1868, y por A. D. Moore (el "dirod"), más recientemente. Lord Kelvin también ideó una máquina combinada de influencia y electromagnética, comúnmente llamada molino de ratón, para electrificar la tinta en conexión con su registrador de sifón, y un generador electrostático de gotas de agua (1867), que denominó "condensador de gotas de agua".
Máquina de Holtz vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Holtz_influence_machine.jpg|miniaturadeimagen|160x160px|La máquina de influencia de Holtz