Hyödyllisiä vinkkejä

Ole aina tunnelmassa

Pin
Send
Share
Send
Send


Van de Graaffin generaattorit ovat korkeajännitegeneraattoreita, joita käytetään usein opetustarkoituksiin. Opiskelijat ja opettajat voivat tehdä tällaisen generaattorin oppimaan sähkön periaatteita ja lakeja. Generaattorimoottori pyörittää rullat alaosassa, jotka liikuttavat nauhaa. Nauhan varaus on alun perin nolla, mutta alhaalta maadoitettu harja poistaa elektroneja nauhasta, joten nauhaan kerääntyy positiivinen varaus, joka toinen harja siirtää metallipallolle. Mitä enemmän nauha liikkuu harjoja pitkin, sitä voimakkaammin pallo latautuu.

Masterweb-sivustolta

Fysiikan luokissa osoittaa staattisen sähkön suorittama vaikutus osoittamalla Van de Graaff -generaattoria. Epätavallinen laite, joka antaa pienoiskuvauksen eri suuntiin, ilahduttaa opiskelijoita. Mutta harvat tietävät, että generaattoria käytettiin myös kokeisiin ydinfysiikan alalla.

Luomishistoria

Princetonin yliopistossa työskennellyt amerikkalainen fyysikko Robert Van de Graaff (1901-1967) meni historiaan sähköstaattisen hiukkaskiihdyttimen luojana.

Ensimmäinen kuvaus Van de Graaff -generaattorista tehtiin vuonna 1929, ja kaksi vuotta myöhemmin hän loi korkeajännitekiihdyttimen, joka pystyi tuottamaan 1 MV: n sähköjännitteen. Vuonna 1935 parannettu muotoilu tuotti jo 7 megavolttia.

Sen jälkeen Van de Graaff -generaattorista tuli perusta uudenaikaiselle lineaarikiihdyttimelle, nimeltään pelletron. Ero niiden välillä oli menetelmä varautuneiden hiukkasten siirtämiseksi. Jos generaattori ne siirrettiin dielektrisellä nauhalla, niin pelletron - metalliketju.

Toimintaperiaate

Generaattorin suunnittelun avulla voit tehdä sen sekä vaaka- että pystysuunnassa. Sen pääosa on iso metalli pallo, jonka pinnalla on kertynyt varautuneita hiukkasia. Eristetyn materiaalin kotelon sisällä on kaksi rullaa, jotka on kytketty toisiinsa dielektrisellä teipillä. Aluksi se valmistettiin silkistä ja kumista, ja sen jälkeen se korvattiin ketjulla.

Alempi rulla on maadoitettu ja kytketty pieneen palloon, siinä on myös kiertoajo. Ylärulla on kytketty suureen palloon metalliharjan kautta.

Alemman telan pyöriessä ilma ionisoituu, jota seuraa varautuneiden hiukkasten siirtyminen ylemmälle telalle. Metalliharjan kautta ionivirta siirtyy suuren pallon pinnalle, missä se kertyy sähköstaattisen varauksen muodossa.

Van de Graaff -generaattorin tehoa rajoittaa koronapurkaus, joka luo valoisan vaipan varautuneen elektrodin ympärille.

Missä käytetään generaattoria

Alun perin laitetta käytettiin varautuneiden hiukkasten dispergointiin, mutta ajan myötä kehittyneempiä kiihdyttimiä ilmestyi, ja sen tarve katosi. Tällä hetkellä Van de Graaff -generaattorilla tehdyt kokeilut on suunnattu pääasiassa salamanpurkauksen aikana tapahtuvien prosessien mallintamiseen.

Nykyaikaisissa kouluissa tämä laite on fyysisten huoneiden vakiovaruste. Entisen Neuvostoliiton alueella generaattoria ei tuotettu. Kokeissa käytetyissä kouluissa käytettiin Wimshurst-elektroforin konetta, jota myöhemmin kutsuttiin "vastuuvapaudeksi".

Generaattorin kykyä tuottaa purkauksia käytetään erilaisissa show-ohjelmissa ja sirkus temppuissa. Se voi luoda kentän, joka pitää pieniä esineitä ilmassa, ja voimakas varaus antaa sähkölaitteiden toimia kaukana sähkön lähteestä.

Turvallisuusohjeet

Kuten kaikki korkeajännitettä tuottavat laitteet, myös Van de Graaff -generaattori vaatii varotoimenpiteitä sen kanssa työskennellessä. Purkautumisella ei ole väliä missä se syntyy: bipolaaristen elektrodien välillä tai ladatun elektrodin ja ihmiskehon välillä. Tarpeeksi merkittävä ero potentiaalissa. Siksi työskennellessään generaattorin kanssa ihmisen on oltava kumimatolla niin, että hänen potentiaalinsa on neutraali kertyneen varauksen suhteen.

Jos ihminen on lattialla, etenkin märällä, hänestä tulee erinomainen johdin varautuneiden hiukkasten siirtämiseen maan päälle, ja useiden tuhansien, tai ehkä miljoonien volttien purkautuminen kulkee hänen ruumiinsa läpi. Ainoa asia, jonka avulla ihminen voi pysyä hengissä, on pieni virran voimakkuus.

Sydämentahdistimen käyttäjien ei tulisi lähestyä generaattoria. Elektroniset laitteet, kuten kellot, matkapuhelimet, voivat toimia toimintahäiriöinä. Siksi, ennen kokeiden aloittamista, sinun on jätettävä ne sivuun.

Ennen kuin aloitat

Generaattorielementit, kuten hihnat, hihnapyörät, pallo, houkuttelevat pölyä kuin magneetti. Puhdista mekanismit ennen työn aloittamista. Poista tämä suuresta pallasta ja pyyhi laitteen osat kostealla liinalla. Jos kertynyt varaus ei anna sinun päästä eroon pölystä, voit levittää hiuksille antistaattista suihketta.

Tärkein tehtävä ennen generaattorin pyörittämistä on varmistaa, että pieni elektrodi on maadoitettu. Muutoin purkaus osuu esineeseen, jolla on suurempi massa, toisin sanoen, henkilö.

Kuinka koota generaattori kotona

Nyt kun Van de Graaff -generaattorin toimintaperiaate tunnetaan, voit koota itsenäisesti toimivan mallin kotikokeisiin. Pienten testien jälkeen kävi ilmi, että vedenjakeluun tarkoitettu PVC-putki soveltuu parhaiten varautuneiden hiukkasten saamiseen. Jos hieroit sitä synteettisellä materiaalilla, siihen ilmestyvä lataus antaa sinun houkutella pieniä papereita, ohjata alaspäin pudottavaa vesivirtaa. Siksi PVC-putkesta tulee varautuneiden hiukkasten lähde.

Ja mikä siirtää elektroneja generaattorin palloon? Kokeet ovat osoittaneet, että Martens-lääketieteellinen side sopii parhaiten. Se koostuu polyesteristä, lateksista ja puuvillasta.

Nyt kun olemme päättäneet tärkeimmistä työosista, kootaan täydellinen luettelo tarvittavista materiaaleista:

  1. Suuri metallinen pallo. Se on valmistettu kahdesta suuresta salaattikulhosta, joita myydään lähimmässä hypermarketissa.
  2. PVC-putki. Se kestää 2 kappaletta erikokoisia halkaisijoita. Ensimmäisestä tulee generaattorin runko, ja toinen on valittava siten, että se sopii tiukasti taajuusmuuttajaan kytkettyyn hihnapyörään.
  3. Ylärulla. Voit käyttää mitä tahansa sopivaa tuotetta, jolla nauha pidetään kiinni hyppäämättä. Esimerkiksi vanha napa polkupyörän pyörästä tai iso muovikela, jonka sivut ovat.
  4. Pala kuparilankaa. Siitä tehdään siveltimiä, jotka poistavat ja lähettävät latauksen.
  5. Pienitehoinen sähkömoottori. Alempaa hihnapyörää pyöritetään. Jos kuitenkin halutaan, taajuusmuuttaja voidaan tehdä manuaalisesti.
  6. Metallinauhat generaattorin tukemiseksi sekä hihnapyörien kiinnittämiseksi PVC-putkeen.
  7. Metalli kanaa. Toimii pienenä elektrodina.

DIY van de Graaff -generaattorikokoonpano

Kun kaikki materiaalit on valmistettu, voit aloittaa valmistuksen:

  1. Metallisista nauhoista tee suorakulmainen pohja generaattorille. Se on tehtävä neliön muodossa. Mitojen tulisi varmistaa rakenteellinen vakaus. On myös tarpeen säätää asennuksesta sähkömoottorin alle.
  2. Kiinnitä alempi hihnapyörä moottorin akselille. Sen työpinta tulee peittää PVC-putkella, joka on leikattu Martens-siteen leveydelle.
  3. Kiinnitä sähkömoottori lavalle niin, että hihnapyörä on sen keskellä.
  4. Kiinnitä halkaisijaltaan 150 mm oleva PVC-putki pystysuoraan asentoon hihnapyörän yläpuolelle. Sen tulee olla pituudeltaan 50–60 cm, jotta teipin irrottaminen ja kiinnittäminen olisi helppoa, putkeen tulee tehdä aksiaalileikkaus 4-5 cm.
  5. Toinen hihnapyörä on asennettava pystysuoran putken päälle. Tämä tehdään asennuskiinnikkeillä.
  6. Tee pallo salaatti kulhoista. Tätä varten leikkaa reikä tarkalleen putken halkaisijaan yhdestä niistä pohjaan. Samaan salaattikulhoon kehän ympärillä on juotettava useita kiinnikkeitä, jotka pitävät toisen puolikkaan.
  7. Tee harja lankalangasta. Poista tämä eriste 2-3 cm: n segmentistä ja erota kimppu erillisiin johtoihin. Harja on kiinnitettävä toisesta päästään siten, että se koskettaa ylempää hihnapyörää, ja toinen pää on juotettava palloon.
  8. Jotta elektrodi voidaan valmistaa kanlasta, sinun on kytkettävä kahva generaattorin ja maadoituksen metallipohjaan. Kahva on eristettävä. Tätä varten sopii sama PVC-putki, jonka halkaisija on pieni.

Sata vuotta sitten valokuvassa esitetyn Van de Graaff -generaattorin prototyypit eroavat vain vähän tee-se-itse-laitteesta. Nyt kun laite on täysin valmis, voit aloittaa kokeilun.

Pin
Send
Share
Send
Send