Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Генератор Ван де Граафа - как устроен и работает
Количество просмотров: 16168
Комментарии к статье: 3


Генератор Ван де Граафа - как устроен и работает


В начале 1930-х годов доктор Роберт Ван де Грааф, работавший на тот момент научным сотрудником в Массачусетском технологическом институте и занимавшийся научными исследованиями в области ядерной физики и ускорительной техники, разработал, спроектировал и в скором времени соорудил высоковольтный электростатический ускоритель, работающий по принципу электризуемой ионами воздуха конвейерной ленты (1933).

Позже, в 1936 году, Ван де Граафом был построен (все по тому же принципу) самый большой в мире электростатический генератор постоянного напряжения — тандемный генератор Ван де Граафа, состоящий из двух высоких башен.

Генератор Ван де Граафа

Газеты того времени называли изобретение доцента не иначе как революционным, предрекали ему «свершать чудеса» и «открывать тайны природы». Столь сильный ажиотаж в прессе вовсе не удивителен, ведь самый большой двухкаскадный генератор Ван де Граафа состоял из двух огромных колонн диаметром почти по 2 метра каждая и высотой примерно по 15 метров (с закрепленными сверху на колоннах металлическими сферами диаметром по 4,5 метра, внутрь которых механически подавался электрический заряд) и позволял получать разность потенциалов в 7000000 вольт.

Несмотря на низкий КПД устройства в целом (порядка 23%), люди, видевшие чудесный прибор в работе, испытывали неизгладимое впечатление, ведь искровые разряды получались более метра длиной.

Статический генератор высокого напряжения

Мощности генератора Ван де Граафа хватало для реальной исследовательской работы, - для ускорения атомных ядер, а также элементарных частиц, таких как протоны и электроны, до достаточно высоких скоростей. Так генератор Ван де Граафа, использованный в ускорителях, помогал ученым выявлять составные части атомов, являющие собой структуру физической вселенной.

Говорят, идея относительно принципа работы высоковольтного генератора пришла Ван де Граафу, когда он был еще студентом и наблюдал то и дело проскакивавшие искры статического электричества на работающем печатном станке.

 

Принцип действия генератора заключается в следующем. Шелковая или резиновая лента (диэлектрическая лента) натянута и вращается подобно конвейерной ленте на паре роликов, один из которых находится в основании колонны, второй — внутри полости проводящей сферы наверху. Нижний ролик изготовлен из металла и гальванически соединен с землей, он приводится во вращение двигателем. Верхний ролик — диэлектрический.

К ленте снизу, под нижним роликом, с небольшим зазором подведена металлическая щетка, соединенная с положительной клеммой источника высокого напряжения, отрицательная клемма которого присоединена непосредственно к нижнему ролику.

Устройство и принцип действия генератора Ван де Граафа

Итак, между нижним роликом и щеткой движется диэлектрическая лента (в реальном генераторе лента имела ширину около 120 см).

Под действием высокого напряжения (порядка 20000 вольт) между роликом и щеткой, воздух между ними ионизируется и положительные ионы воздуха, влекомые силой Кулона, устремляются к отрицательно заряженному ролику. Но поскольку на пути ионов находится диэлектрическая лента, ионы оседают на ленте, заряжая ее таким образом.

Лента движется снизу вверх, внизу она непрерывно получает заряд, одновременно с этим заряд с ее поверхности непрерывно забирается возле верхнего ролика, так как верхний ролик внутри сферы тоже имеет расположенную рядом с собой щетку.

Щетка снимает заряд с ленты, и будучи соединена гальванически с внутренней поверхностью полой проводящей сферы, передает ей заряд, все больше и больше электризуя эту сферическую емкость по всей ее наружной поверхности, по сути нагнетая, накачивая в нее заряд.

Применение генератора Ван де Граафа

Принципиальная возможность накопления заряда в емкости сферы генератора Ван де Граафа ограничивается коронным разрядом, который неизбежно возникнет из-за ионизации окружающего сферу воздуха. Теоретический предел для сферы диаметром 4,5 метра составляет примерно 17000000 вольт.

Каково применение генератора?

Генератор Ван де Граафа может вырабатывать на своей сферической крышке напряжение более 10 миллионов вольт. В ядерной физике такое высокое напряжение можно использовать для ускорения разного рода заряженных частиц, таких как протоны, электроны и т. д.

Кроме того, с помощью генератора можно продемонстрировать множество интересных явлений связанных со статическим электричеством.

Например, он может заставить ваши волосы встать дыбом, притянуть металлический или полистироловый шарик, произвести электрическую искру и генерировать т. н. электрический ветер, приводящий во вращение мини-ветряк. Благодаря этим явлениям мы можем лучше понять природу статического электричества.

Американский ученый Джеймс Стаки и доброволец Джуди Криден демонстрируют способность человеческого организма проводить электрический ток

Американский ученый Джеймс Стаки и доброволец Джуди Криден демонстрируют способность человеческого организма проводить электрический ток. Лекция в Нью-Йорке, 1966 г.

Демонстрация работы электростатического генератора Ван де Граафа

Применение статического электричества в повседневной жизни

Существует множество применений статического электричества в повседневной жизни, включая фотокопирование, электростатическую фильтрацию и электростатическое распыление.

Кроме того, дополнительные знания о статическом электричестве могут помочь нам предотвратить возможные опасности. Например, к задней части автомобиля, перевозящего легковоспламеняющиеся материалы, прикреплена железная цепь, которая передает заряд на землю, чтобы предотвратить пожар, вызванный искрами.

По той же причине, поскольку в больнице часто используются кислород и легковоспламеняющиеся анестетики, пол в операционной обычно антистатичен, и все инструменты должны быть заземлены. Это предотвращает взрыв, вызванный искрами.

Смотрите также: Статическое электричество в природе и технике

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Электростатический генератор Тестатика
  • Капельница Кельвина - статическое электричество из воды
  • Что такое электростатическая машина, как она устроена и работает
  • 5 простых советов, как бороться со статическим электричеством
  • Дизель генератор - устройство и принцип действия
  • Как выиграть войну у статического электричества в автомобиле и дома
  • Применение электростатической индукции в технике
  • Электронная эмиссия, ионизация воздуха и электрическая искра
  • Что такое электрический ток
  • Техническое обслуживание генератора - 5 простых шагов
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Электрогенераторы, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: дмитрий |

    Очень интересно! Балдею.

      Комментарии:

    #2 написал: Даниил |

    Предшественником генератора Ван де Граафа можно считать электрофорез, описанный в 1759 году Францем Ульрихом Теодором Эпинусом, а затем в 1775 году Алессандро Вольта. Он состоит из металлической пластины, на которую помещен изолятор (например, смола), покрытой другой токопроводящей пластиной со стеклянным держателем или шелковым шнуром. Если натереть изолятор (в исторических источниках указана такая смесь: 10 частей каучука, 3 части смолы, 2 части венецианского скипидара, по 2 части воска и смолы), например, лисьим хвостом, мы получим отрицательный заряд. Если мы поместим сверху вторую металлическую пластину с ручкой так, чтобы она касалась изолирующего слоя, то она зарядится отрицательным зарядом. Если на участке сухой воздух, то электрофорез сохраняет заряд несколько месяцев. Если мы коснемся верхней пластины пальцем или другой проволокой и поднимем верхнюю пластину, то при приближении любой проволоки между электрофорезом и этой проволокой образуется искра. Если мы сначала не коснемся верхней пластины, искры не будет. Таким образом, мы можем получать искры в течение очень долгого времени. Электрофорез использовали для включения газовых ламп, где он воспламенялся от электрической искры.



    Электрофоры имеют очень ограниченное применение, потому что заряд от них можно получить только в ограниченной степени. Чтобы иметь возможность получить такое же количество заряда от электрофора, мы должны использовать так называемый дубликатор, принцип работы которого был открыт в 1788 году Уильямом Николсоном. Дубликатор сохраняет то же количество заряда с помощью простого электростатического процесса. Даже небольшое количество заряда можно было умножить с помощью дубликатора и зарегистрировать с помощью электроскопа. Недостатком дупликатора было то, что на самом дупликатор создавался заряд, который затем переносился на электроскоп.



    Генератор Ван де Граафа можно считать старейшим ускорителем частиц. Он ускоряет частицы порядка МэВ. Первый крупный электростатический генератор Ван де Граафа был построен в США и работал при напряжении порядка миллионов вольт. Благодаря ускоренным частицам искры разлетались на расстояние в несколько дециметров. В современных генераторах Ван де Граафа улучшена изоляция высоковольтного сферического электрода. Сферы помещают в барокамеру грушевидной формы, заполненную азотом под давлением от 1,6 до 2,2 МПа. Достигаемое напряжение до 12 МВ. Другой современный тип — каскадный генератор, разработанный Джоном Кокрофтом и Эрнстом Уолтоном, линейный высокочастотный ускоритель и т. д. 

      Комментарии:

    #3 написал: Гость |

    Генератор Ван де Граафа - это электрический генератор, который используется для получения высокого напряжения путем переноса электрического заряда с помощью движущейся ленты. Он состоит из вращающегося диэлектрического диска, который заряжается от источника низкого напряжения, и металлической сферы, которая принимает заряд от диска. Когда лента движется, заряд переносится на сферу, и на ней создается высокое напряжение. Генераторы Ван де Граафа используются в научных экспериментах и для демонстрации принципов работы электрических полей.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.