The Van de Graaffův generátor Jedná se o artefakt, který funguje díky elektrostatickým jevům a jehož funkcí je reprodukovat obrovské elektrické potenciály, v řádu megaelektronvoltů (MeV), k urychlení subatomárních částic. Takové potenciály jsou soustředěny v jeho horních částech, kde spočívají charakteristické duté kovové koule..
To bylo vynalezeno v roce 1929 americkým fyzikem Robertem J. Van de Graaffem, stavěním modelů různých velikostí a elektrických kapacit. Jeden z největších, vytvořený v roce 1933 a viděný na obrázku níže, je schopen dosáhnout elektrického potenciálu 5 MeV; pětkrát méně, než je v současné době dosažitelné (25,5 MeV).
Potenciál generátoru Van de Graaff je tak vysoký, že ve vzduchu kolem jeho kovových koulí dochází k elektrickým výbojům. Tyto výboje jsou výsledkem nevyváženosti elektrických nábojů, protože koule získávají velmi negativní nebo velmi kladné elektrické náboje; vše v závislosti na materiálech a vašich designech.
Toto zařízení je docela populární ve výuce fyziky a elektřiny. Je to proto, že dobrovolníci při dotyku koulí nebo kovových kopulí malých generátorů zažívají nedobrovolné zvedání vlasů, které připomíná elektrický proud..
Rejstřík článků
Na výše uvedeném obrázku máme konvenční součásti generátoru Van de Graaff. Má svislý rám zakončený dutou koulí nebo kovovou kopulí (1). Uvnitř máme pásek nebo opasek (4 a 5) vyrobený z polymerního a izolačního materiálu, jako je chirurgická trubice.
Tento pás se neustále pohybuje mezi dvěma válečky: horním (3) a spodním (6). Podobně má každý válec připevněn kovový kartáč (2 a 7), který tře povrch pásu. Pohyb pásu je aktivován elektromotorem připojeným k základně generátoru.
Jak je vidět na obrázku, koule generátoru je kladně nabitá (+). Proto potřebuje elektrony k napájení elektrické nerovnováhy. Právě zde elektrony (-), které opouštějí generátor, skončí negativním nabíjením blízkého kovového zařízení (8); konečně vyrobit elektrický výboj (9) ve směru kovové kupole.
K úrazu elektrickým proudem může dojít buď ve směru kupole, nebo ve směru zařízení; druhý nastane, když je to kopule záporně nabitá.
Generátor Van de Graaff lze nabíjet kladně nebo záporně. Symbol náboje bude záviset na triboelektrické povaze materiálů, ze kterých je vyroben pás a spodní kryt role..
Pokud je například spodní válec pokryt nylonem, ale pás je vyroben z gumy, měla by být zkontrolována triboelektrická řada, aby se zjistilo, jaký materiál přijme a který daruje elektrony, jakmile jsou v kontaktu..
Jelikož je nylon pozitivnější, to znamená, že je v triboelektrické řadě vyšší než kaučuk, ztratí elektrony, zatímco guma je získá. Při spuštění motoru generátoru tedy pás skončí přemístěním nebo mobilizací záporných nábojů..
Mezitím, pokud je spodní válec pokryt silikonem, stane se opak: pás ztratí elektrony, protože silikon je v triboelektrické řadě negativnější než guma. Následně pás přemístí nebo zmobilizuje kladné náboje (jak je již na obrázku).
Triboelektřina je jen jedním z mnoha elektrických jevů (koronové a fotoelektrické jevy, Faradayova kostka ledu, elektrická pole atd.), Které se odehrávají v generátoru Van de Graaff. Hlavním bodem však je, že se může pohybovat, mobilizovat nebo „pumpovat“ elektrické náboje směrem ke kovové kopuli..
Jakmile je spodní válec po aktivaci motoru záporně nabitý a pás pozitivně, elektrony z válce začnou odpuzovat ty na vnější straně pásu. Tyto elektrony migrují vzduchem směrem ke spodnímu kartáči, kde budou vedeny směrem k zemi nebo jinému zařízení..
Kladně nabitý pás dosáhne horního válce, který má triboelektrickou povahu naproti spodnímu válci; to znamená, že místo záporného nabití musí ztratit elektrony, a proto také nabít kladně. Kladný náboj se tedy pohybuje směrem k hornímu válci a nakonec k hornímu kartáčku v přímém kontaktu s kovovou kopulí.
Elektrony z horního kartáče jsou transportovány do válce k neutralizaci nábojů. Ale tyto elektrony pocházejí z povrchu kovové kopule. Proto kupole také získává kladný náboj.
Kupole podle svých rozměrů dosáhne maximálního potenciálu. Poté musí být elektrické náboje vyvážené. Jelikož je velmi pozitivní, bude přijímat elektrony z velmi záporně nabitého zdroje - zařízení, které přijímá elektrony ze spodního kartáče. Elektrický výboj (jiskra) se tedy vytváří ze zařízení (záporně) směrem ke kovové kopuli (kladně).
Čím vyšší jsou elektrické potenciály, úměrné rozměrům generátoru, tím intenzivnější budou reprodukované elektrické výboje. Všimněte si, že kdyby nebyly tak velké, nemohly by elektrony cestovat vzduchem, nevodivým dielektrickým médiem.
Pokud je kovová koule pozitivně nabitá a někdo se jí dotkne, jeho vlasy budou také pozitivně nabité. Stejné poplatky se navzájem odpuzují, a proto budou vlasy stát na konci a oddělit se od sebe. Tento jev se používá pro vzdělávací účely v kurzech, kde je zavedena elektrostatika.
Malé generátory Van de Graaff se tedy používají k upoutání pozornosti pozorovatelů ohledně postavení jejich vlasů; nebo v rozjímání o elektrických šokech věrné repliky těch, které vidíme ve sci-fi filmech.
Když kopule koncentruje mnoho elektrických nábojů, vytváří se potenciál, který je schopen zrychlit subatomární částice. Za tímto účelem se generátor Van de Graaff používá k reprodukci rentgenových paprsků v lékařských studiích a jaderné fyzice..
Zatím žádné komentáře