De Van de Graaff generator Det er en gjenstand som fungerer takket være elektrostatiske fenomener, og hvis funksjon er å reprodusere enorme elektriske potensialer, i rekkefølgen av megaelektronvolter (MeV), for å akselerere subatomære partikler. Slike potensialer er konsentrert i de øvre delene der karakteristiske hule metallkuler hviler..
Den ble oppfunnet i 1929 av den amerikanske fysikeren Robert J. Van de Graaff, og bygde modeller av forskjellige størrelser og elektrisk kapasitet. En av de største, opprettet i 1933 og sett på bildet nedenfor, er i stand til å nå et elektrisk potensial på 5MeV; fem ganger mindre enn det som nå er oppnåelig (25.5MeV).
Potensialet til Van de Graaff-generatoren er så høyt at elektriske utladninger oppstår i luften som omgir metallkulene. Disse utladningene er et resultat av ubalansen mellom elektriske ladninger, siden kulene får svært negative eller veldig positive elektriske ladninger; alt avhengig av materialene og designene dine.
Denne enheten er ganske populær i undervisningen i fysikk og elektrisitet. Dette er fordi de frivillige når de berører kulene eller metallkuppelene til de små generatorene, opplever et ufrivillig løft av håret, noe som minner om en elektrisk strømning..
Artikkelindeks
På bildet ovenfor har vi de konvensjonelle delene til en Van de Graaff-generator. Den har en vertikal ramme toppet av en hul kule eller metallkuppel (1). Innvendig har vi et bånd eller belte (4 og 5) laget av polymert og isolerende materiale, for eksempel kirurgisk rør.
Dette beltet beveger seg konstant mellom to ruller: en øvre (3) og en nedre (6). På samme måte har hver rulle festet en metallbørste (2 og 7) som gnir overflaten på beltet. Beltebevegelse aktiveres av en elektrisk motor koblet til bunnen av generatoren.
Som det kan sees på bildet, er generatorens sfære positivt ladet (+). Derfor trenger den elektroner for å tilføre den elektriske ubalansen. Det er her elektronene (-) som forlater generatoren ender opp med å lade en nærliggende metallinnretning (8) negativt; å endelig produsere en elektrisk utladning (9) i retning av metallkuppelen.
Det elektriske støtet kan skje enten i retning av kuppelen, eller i retning av enheten; sistnevnte oppstår når det er kuppelen som er negativt ladet.
Van de Graaff-generatoren kan lades positivt eller negativt. Ladningssymbolet vil avhenge av den triboelektriske naturen til materialene som beltet og det nedre rulledekslet er laget av..
For eksempel, hvis den nedre rullen er dekket av nylon, men beltet er laget av gummi, bør den triboelektriske serien kontrolleres for å vite hvilket materiale den vil motta og hvilken som vil donere elektronene når de er i kontakt..
Fordi nylon er mer positivt, det vil si fordi det er høyere i triboelektriske serien enn gummi, vil det miste elektroner mens gummi vil få dem. Derfor vil beltet ende opp med å forskyve eller mobilisere negative ladninger når generatormotoren startes..
I mellomtiden, hvis den nedre rullen er dekket med silikon, vil det motsatte skje: beltet vil miste elektroner, siden silikon er mer negativt enn gummi i den triboelektriske serien. Og følgelig vil beltet forskyve eller mobilisere positive ladninger (som i bildet allerede beskrevet).
Triboelektrisitet er bare ett av mange elektriske fenomener (korona- og fotoelektriske effekter, Faradays isbit, elektriske felt osv.) Som finner sted i Van de Graaff-generatoren. Men hovedpoenget er at det kan bevege seg, mobilisere eller "pumpe" elektriske ladninger mot metallkuppelen..
Når den nedre rullen er negativt ladet etter at motoren er aktivert, og beltet positivt, begynner elektronene fra rullen å avvise dem på beltets ytre side. Disse elektronene vandrer gjennom luften mot den nedre børsten, der de vil bli ført mot jorden eller en annen enhet..
Det positivt ladede beltet når den øvre rullen, som har en triboelektrisk natur motsatt den nedre rullen; i stedet for å være negativt ladet, må den miste elektroner og derfor også bli positivt ladet. Dermed beveger den positive ladningen seg mot den øvre valsen og til slutt mot den øvre børsten i direkte kontakt med metallkuppelen.
Elektroner fra den øvre børsten transporteres til rullen for å nøytralisere ladninger. Men disse elektronene kommer fra overflaten av metallkuppelen. Derfor får kuppelen også en positiv ladning.
Kuppelen vil i henhold til dimensjonene nå et maksimalt potensial. Etter det må de elektriske ladningene balanseres. Å være veldig positiv, vil den motta elektroner fra en veldig negativt ladet kilde - enheten som mottar elektronene fra den nedre børsten. Dermed produseres en elektrisk utladning (gnist) fra enheten (negativ) mot metallkuppelen (positiv).
Jo høyere elektriske potensialer som er nådd, proporsjonalt med dimensjonene til generatoren, desto mer intense vil de reproduserte elektriske utladningene være. Merk at hvis de ikke var så store, kunne ikke elektroner bevege seg gjennom luft, et ikke-ledende dielektrisk medium.
Hvis den metalliske sfæren er positivt ladet, og noen berører den, vil håret deres også bli positivt ladet. Like ladninger frastøter hverandre, og derfor vil håret stå på hverandre og skille seg fra hverandre. Dette fenomenet brukes til pedagogiske formål på kurs der elektrostatikk introduseres.
Dermed brukes små Van de Graaff-generatorer for å fange observatørens oppmerksomhet angående hårets stående; eller i kontemplasjonen av elektriske støt, trofaste kopier av de vi ser i science fiction-filmer.
Når kuppelen konsentrerer mange elektriske ladninger, genereres et potensial som er i stand til å akselerere subatomære partikler. For dette formålet brukes Van de Graaff-generatoren til å reprodusere røntgenstråler i medisinske studier og kjernefysikk..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.