Van de Graaff Generator części, jak to działa, aplikacje

On Van de Graaff Generator Jest to artefakt, który działa dzięki zjawiskom elektrostatycznym i którego funkcja polega na odtworzeniu ogromnych potencjałów elektrycznych, w kolejności mega -electronvolts (MEV), w celu przyspieszenia cząstek subatomowych. Takie potencjały są skoncentrowane w ich górnych częściach, gdzie spoczywają metalowe i puste kule.

Został wynaleziony w 1929 roku przez amerykańskiego fizyka Roberta J. Van de Graaf, Budowanie modeli o różnych rozmiarach i możliwościach elektrycznych. Jeden z największych, utworzony w 1933 r. I obserwowany na niższym obrazie, jest w stanie osiągnąć potencjał elektryczny 5mev; Pięć razy mniej niż możesz uzyskać (25.5mev).

Jeden z największych generatorów Van de Graaf, jakie kiedykolwiek zbudowano, zlokalizowane w Boston Sciences Museum. Źródło: Beyond My Ken, CC BY-SA 4.0, Via Wikimedia Commons

Jest to tak duży potencjał generatora Van de Graaffa, że ​​w powietrzu otaczającym jej metalowe kule znajdują się wyładowania elektryczne. Wyładowania te są produktem niezrównoważonego ładunków elektrycznych, ponieważ kule nabierają bardzo ujemnych lub bardzo dodatkowych ładunków elektrycznych; Wszystko zależy od materiałów i ich projektów.

Ten artefakt jest dość popularny w nauczaniu fizyki i energii elektrycznej. Wynika to z faktu, że wolontariusze, dotykając sfer lub metalowych kopuł małych generatorów, doświadczają mimowolnego podnoszenia włosów, które pamięta porażenie prądem.

[TOC]

Graaff Van Generator części

Uproszczona reprezentacja działania generatora graffa. Źródło: Dake, zmodyfikowane przez Gonfer00, CC BY-SA 2.5, Via Wikimedia Commons

Na lepszym obrazie mamy konwencjonalne części dla generatora van Graaff. Ma pionową ramę zwieńczoną pustą kulą lub metalową kopułą (1). Wewnątrz mamy opaskę lub pasek (4 i 5) wykonany z materiału polimerowego i izolacyjnego, takiego jak rurka chirurgiczna.

Może ci służyć: średnia prędkość kątowa: definicja i wzory, rozwiązane ćwiczenia

Ten pas nieustannie porusza się między dwoma rolkami: jednym wyższym (3) i jednym dolnym (6). Podobnie, każdy wałek ma załącznik metalowy (2 i 7), który dotyka powierzchni paska. Ruch paska jest aktywowany przez silnik elektryczny podłączony do podstawy generatora.

Jak widać na obrazie, kula generatora jest dodatnio naładowana (+). Dlatego potrzebuje elektronów, aby dostarczyć niezrównoważony elektrycznie. To tutaj elektrony (-) pozostawiają generator, kończą negatywnie ładując pobliskie metalowe urządzenie (8); W końcu wytworzyć porażenie elektryczne (9) w kierunku metalowej kopuły.

Wpływ prądu może nastąpić albo w kierunku kopuły, albo w kierunku urządzenia; Ten ostatni występuje, gdy jest to kopuła, która jest ujemnie naładowana.

Jak działa generator van graffi?

Seria Triboelectric

Generator van de Graaff może być pozytywny lub negatywny. Symbol obciążenia będzie zależeć od tryboelektrycznego charakteru materiałów, z którymi powstaje pas i powłoka dolnego wałka.

Na przykład, jeśli dolny wałek jest pokryty nylonem, ale będąc gumowym pasem, wówczas seria Triboelectric powinna zostać sprawdzona, aby dowiedzieć się, który materiał otrzyma, a który podaruje elektrony, gdy się skontaktują.

Zatem nylon za bycie bardziej pozytywnym, to znaczy być dalej w seriach Triboelectric niż w gumie, wówczas straci elektrony, podczas gdy guma wygra je. Dlatego pasek będzie się poruszał lub mobilizował obciążenia ujemne, gdy silnik generatora zostanie włączony.

Może ci służyć: Cięcie: jak obliczany i rozwiązany jest

Tymczasem, jeśli dolny wałek jest pokryty silikonem, stanie się odwrotnie: pas przegrał elektrony, ponieważ silikon jest bardziej ujemny niż guma w serii Triboelectric. I w konsekwencji pasek przemieszcza lub zmobilizuje obciążenia dodatnie (np. Na opisanym obrazie).

Przemieszczenie ładowania

Tryboelektryczność jest tylko jednym z wielu zjawisk elektrycznych (efekty korony i fotoelektryczne, wiadro lodu Faraday, pola elektryczne itp.), które odbywają się w generatorze Van de Graoff. Ale centralnym punktem jest to, że może poruszać, mobilizować lub „pompować” ładunki elektryczne do metalowej kopuły.

Po obciążeniu dolnego wałka po ujemnym silniku i pozytywnie pasek, elektrony wałkowe zaczynają odpierać zewnętrzną powierzchnię paska. Te elektrony migrują, w powietrzu, do dolnego pędzla, gdzie zostaną wyprowadzone do Ziemi lub innego urządzenia.

Dodatni pasek obciążenia dociera do górnego wałka, który ma naturę tryboelektryczną przeciwną dolnemu wałkowi; to znaczy, zamiast ładować negatywnie, musi stracić elektrony, a zatem również ładować pozytywnie. Zatem obciążenie dodatnie przesuwa się do górnego wałka, a wreszcie w kierunku górnej szczotki w bezpośrednim kontakcie z metalową kopułą.

Elektrony górnych pędzla są transportowane do wałka, aby zneutralizować obciążenia. Ale te elektrony pochodzą z powierzchni metalowej kopuły. Dlatego kopuła nabiera również dodatniego obciążenia.

Wstrząs elektryczny

Kopuła, zgodnie z jego wymiarami, osiągnie maksymalny potencjał. Następnie ładowania elektryczne muszą być zrównoważone. Będąc bardzo pozytywnym, otrzymasz elektrony z bardzo ujemnie załadowanego źródła: urządzenia, które odbiera dolne elektron. Zatem istnieje porażenie elektryczne (iskra) z urządzenia (ujemnego) do metalowej (dodatniej) kopuły.

Może ci służyć: higroskopowość: koncepcja, substancje higroskopowe, przykłady

Im większe osiągnięte potencjały elektryczne, proporcjonalne do wymiarów generatora, tym intensywniejsze będą odtworzone zrzuty elektryczne. Zauważ, że gdyby nie były tak duże, elektrony nie mogłyby podróżować w powietrzu, dielektryczne medium nie -kierownicze.

Aplikacje

Nauczyciele

Włosy tego człowieka są naładowane elektrycznie i odpychają się, ponieważ mają takie samo obciążenie jak metalowa kula generatora. Źródło: Adam Engelhart przez flickr (https: // www.Flickr.com/photos/telux/537906436/in/shotstream/)

Jeśli metalowa kula jest dodatnio naładowana, a ktoś ją dotyka, ich włosy będą również załadowane pozytywnie. Równe ładunki odpychają, a zatem włosy będą się włoskiego i oddzielone od siebie. Zjawisko to służy do celów edukacyjnych na kursach, w których wprowadza się elektrostatyczne.

Zatem generatory van de Graaf o małych rozmiarach są używane do przyciągnięcia uwagi obserwatorów w odniesieniu do zbrywania włosów; lub w kontemplacji zrzutów elektrycznych, wierne repliki widzimy w filmach science fiction.

Akcelerator cząsteczek

Kiedy kopuła koncentruje wiele ładunków elektrycznych, wytwarzany jest potencjał, który jest w stanie przyspieszyć cząstki subatomowe. W tym celu generator GRAAF Van jest używany do odtwarzania X -wydziałów w badaniach leczniczych i fizyce nuklearnej.

Bibliografia

1. Serway, r. DO. i Jewett, J. W. (2005). Fizyka nauk i inżynierii. Głośność 2. Siódma edycja. Editorial Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff Generator. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Magnet Academy. (17 czerwca 2019). Van de Graaff Generator. Odzyskany z: NationalMaglab.org
4. Uniwersytet w Seattle. (2020). Elektrostatyka - aluminiowe miski z generatorem Van de Graaf. Odzyskane z: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1 kwietnia 2000). Jak działają generatory van de Graaff. Odzyskane od: nauka.Howstuffwork.com