Електростатичний генератор Ван де Граафа

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Електростатичний генератор ван де Граафа

Електростати́чний генера́тор ван де Граа́фа — прискорювач заряджених частинок, генератор високої напруги.

Для створення високої постійної напруги в генераторі ван де Граафа використовуються електризація тертям. Таким методом можна досягнути напруги до кількох мегавольт. Значення напруги обмежене виникненням коронного розряду між сферичними електродами. Відповідно, енергія прискорених частинок обмежена кількома МеВами на одиницю заряду.

Зважаючи на невелике прискорення, електростатичний генератор дозволяє досліджувати тільки низькоенергетичні ядерні реакції. Однак він знайшов широке прикладне використання у фізиці твердого тіла, як прилад, що дозволяє вивчати приповерхневі шари речовини, проводити йонну імплантацію тощо.

Будова й принцип дії[ред.ред. код]

Схема генератора, див. пояснення в тексті

Простий генератор Ван де Граафа складається з діелектричної (шовкової або гумової) стрічки (4 і 5 на малюнку), що обертається на роликах 3 і 6, причому верхній ролик діелектричний, а нижній металевий і з'єднаний з землею. Один з кінців стрічки укладений у металеву сферу 1. Два електроди 2 і 7 у формі щіток знаходяться на невеликій відстані від стрічки зверху і знизу, причому електрод 2 з'єднаний з внутрішньою поверхнею сфери 1. Поблизу нижнього електрода повітря іонізується, утворюються позитивні іони під дією сили Кулона рухаються до заземленого 6 ролика й осідають на стрічці, завдяки чому частина стрічки, що рухається вгору, заряджається. Стрічка доставляє заряд всередину сфери 1, де він знімається щіткою 2 завдяки тому, що всі заряди виштовхуються на поверхню сфери і поле всередині сфери створюється тільки додатковим зарядом на стрічці. Таким чином на зовнішній поверхні сфери накопичується електричний заряд. Можливість отримання високої напруги обмежена коронним розрядом, що виникають при іонізації повітря навколо сфери.

Основний принцип роботи генератора випливає з законів розподілення заряду в провідниках. Заряд концентрується на зовнішній поверхні сфери. В середині сфери заряд відсутній. Саме це допомогає стікати заряду з електризованої стрічки і накопичувати його на сфері. Тому генератор може працювати і без заземлення та додаткових джерел енергії. Стрічка може електризуватись від тертя, потім віддавати заряд сфері. Звідси і різниця потенціалів на стріці, яка піднімається до сфери і опускається від неї, та на відповідних електродах.

Сучасні генератори Ван де Граафа замість стрічок використовують ланцюги, що складаються з металевих і пластикових ланок, що чергуються між собою.

Характеристики[ред.ред. код]

Промислові електростатичні генератори дають струм до 100 мкА. Пучки іонів добре колімовані, енергія на виході може бути стабілізована з точністю до 10 кеВ.

Історія відкриття[ред.ред. код]

Електростатичний генератор був винайдений в 1929 році в Принстонському університеті американським фізиком Робертом ван де Граафом. Спочатку він інтенсивно використовувався в ядерній фізиці для вивчення ядерних реакцій, але доволі швидко інтерес фізиків змістився в бік вищих енергій, і генератор ван де Граафа втратив своє значення для переднього фронту ядерної фізики, хоча знайшов застосування в прикладній фізиці.

Тандемні генератори[ред.ред. код]

Для підвищення енергії прискорених частинок удвічі використовуються танденмні генератори. В них зараджений позитивно сферичний електрод (кондуктор) розташований посередині резервура з високим тиском. Використовується джерело від'ємно заряджених іонів. Ці іони прискорюються, рухаючись із далекого кінця резервуара до додатньо зарядженого кондуктора. На кондукторі вони обдираються, втрачаючи електрони й перетворюючись на додатньо зарадяжені йони. Для обдирання негативних іонів їх пропускають через металічну фольгу або через канал з високою густиною газу. Утворені позитивні йони прискорюються ще раз, рухаючись до негативно зарядженого електрода.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М. : Мир, 1979. — 736 с.

МОЖЛИВЕ АЛЬТЕРНАТИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКРОГЕНЕРАТОРА. Автор доповнення- Інженер механік Дідоренко Олександр Олександрович.

- Якщо в схемі Дещо Змінити. Замість великої сфери- поставить, "трубу", з фольги, довжини 400мм, діаметру 50мм... Потім, з верху до труби приєднати через провідник(електроізольований) Мячикне великого розміру, покритий фольгою. Мі отримуем змінений пристрій великого Шару, Ван Деграфа.

-Користувач скаже це тупо, так змінювати пристрій Ван де Графа. Далі ми повинні покрити лаком, змінену алюмінієву трубу, таким чином, на неї можно буде наносить заряди, ніяким іншим способом- тільки через мячик покритий фольгою, та зєднаний з трубою провідником... Коли наприклад трубу зарядить Дуже електронегативно потрібно- цього ви можете не зрозуміти. Берем і навколо лакованої труби, на певний час обмотуем фольгою алюмінія. Наносимо ебонітовою палочкою, електро негативний заряд- на поверхню зовнішньої обкладки алюмінія. А з верхнього шарику знімаем електрони, на заземлення. Потім, ми знімаєм, фольгу з труби і на трубі лишаеться лише позитивний заряд.

-Техніка безпеки. Памятайте- пристрій має високу напругу. Нещодавно, мені знадобилося Знайти генератор високої напруги. Я знайшов тисячі версій.- змінений пристрій Ван де Графа. Та інші- для авто і так далі. Памятайте електропробій повітря складае 20-30КВолльт на См. Тому пальці сувати ближче ніж на 10см до пристрою, я б 100% не рекомендував. А ближче ніж на 20см, це ще треба подумати. Користуйтеся приладами безпеки. Дересяними Тримачами, з використанням гуми.

-Перспектива пристрою Ван де Графа. Змінений пристрій Ван де Графа. Як генератор Постійної високої напруги, але позитивного заряду- може буть потенційно використаний- як джерело напруги- для Іонізуючої вежі.

-Суть вежі, берем трубу, діаметру 5см, довжини 100см... Покриваем діелектричним лаком., перед покриттям прикріплюєм до неї провід. Далі цю трубу, покриваем лаком, який діелектричний. Далі через провід, із зміненого пристрою Ван де Графа, заряжаем трубу електропозитивно- напургою 30КВольт і більше. Наколо труби з атмосфери виникае електронна хмара.

-Цікавість явища- якщо таку трубу зовні обмотать проводом, діаметр 1мм, крок 10мм... А цей провід приєднати до одноїі частини лампочки, а другу частину лампочки приєднати заземлення. Під час утворення електроної хмари, лампочка світиться.

-Власне цей пристрій винайдено 2015 року, а це опис, лише для домашнього використання. Лампочка що використовувалася 0.2 вати і 3 вольта.

-Пристрій є зміненим винаходом іонізуючої вежі, для добування енергії з атмосфери- винайденої в 2015 році Самуїлом Кругляком.

Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.