Generátor Van de Graaf: zařízení, princip provozu a aplikace

Generátor Van de Graaf byl vynalezen na počátku dvacátého století. To bylo používáno pro různé účely, zejména pro jaderný výzkum. Později se aplikace zúžila. Dnes si ji můžete koupit jako hračku a ukázat ji dětem, levitace různých předmětů. Generátor lze také sestavit samostatně. Pak se stane vynikajícím vzdělávacím modelem, s nímž se provádějí různé experimenty.

Dětské triky

Chcete vytvořit "magii"? Vezměte pytel z polyethylenu, nakrájíme oba konce a připojíme ho na nit, aby se udělal luk. Pak se použije obvyklé pravítko z plastu, jemně ho rozetřete na vlněnou věc a přivede ji na luk: let začne ...

Připravená "kouzelná hůlka" s postavami, s nimiž můžete udělat takové triky, můžete a koupit v obchodě.

Ale nejjednodušší možnost vidět "kouzlo" je jednoduše mrtvice kočky. Pak můžete cítit a vidět statickou elektřinu, která vznikla.

Ale hračka, která opakuje konstrukci generátoru Van de Graaf, běží na baterii. Po stisknutí tlačítka se na špičce vytvoří elektrostatický náboj. Proto ji postava přijímá a poplatky stejného jména začínají navzájem odpuzovat. Vzhledem k tomu, že postava je vykreslena určitým způsobem, je "nafouknutá" a přijímá objem. Pokud se nabíjení oslabuje, stačí znovu stisknout tlačítko "magic".

Trochu historie

Samozřejmě, generátor Van de Graaf není jen dětské hračky. Fyzik sám vytvořil svůj brainchild pro seriózní výzkum v sekci atomové fyziky. První demonstrační vzorek byl vyroben v roce 1929. Bylo to malé. Působivější rozměry získal generátor Van de Graaf instalovaný na kolejnicích pro vzducholodě. Model sestával ze dvou pilířů, na vrcholu kterých byly umístěny duté kuličky hliníku o průměru 15 stop.

Instalace postavené v letech 1931 a 1933 dosáhly síly sedmi milionů voltů. Jenom jeden poplatek až osmdesát kilovoltů byl poskytnut první generátorem Van de Graaf.

Princip činnosti

Uvnitř se dielektrická páska papíru otáčí svisle. Váleček umístěný nahoře je dielektrikum a spodní část je vyrobena z kovu a je připojena k zemi. Kartová elektroda ve kouli odstraňuje a dodává náboj, který byl rovnoměrně rozložen do koule. Vedle níže uvedené elektrody je vzduch ionizován, užitečné ionty se usazují na pásku a část, která vzrůstá, je nabitá.

Pro získání vysokého potenciálního rozdílu u lineárních urychlovačů částic (pro které byly tyto generátory potřebné) byly použity dvě kuličky s různými náboji. V jedné z nich se nahromadily kladné a v ostatních negativních. Když koncentrace dosáhla určité úrovně, mezi sebou se sklouzl elektrický výboj. Byl to ten, kdo byl vyšetřen. Napětí zde dosahovalo milionů voltů.

Dřívější zařízení byla použita pro jaderný výzkum a zrychlení částic. Po dalších způsobech akcelerace se začaly používat v této oblasti mnohem méně často. V současné době se generátor Van de Graaff nejvíce používá k modelování. Například při simulaci výboje zemního plynu. Namísto pásky instalace často používají řetězy, které se skládají z plastových a železných článků.

Potřebujete zařízení sami postavit

Model se snadno staví z improvizovaných prostředků. Generátor Van de Graaf, sestavený s vlastními rukama, se skládá z následujících komponent:

• tužka;
• ořezávací trubky z PVC;
• gumové pásky;
• papírové klipy;
• hliníková fólie;
• motor z hračky;
• nečinná žárovka;
• suché pasty z rukojeti;
• baterie pro devět voltů;
• Skotská páska;
• vodiče;
• desky.

Všechny prvky musí být suché, stejně jako vzduch v místnosti. V opačném případě návrh nebude fungovat nebo bude, ale velmi slabý.

Tak se objeví generátor Van de Graaf. Níže uvedená fotka ukazuje, jak má vypadat model.

Jak je generátor vyroben nezávisle

Nejprve vyvrtejte otvor na desce, která se stane základem konstrukce. Vrtačka je vybrána s vhodným průměrem, tvar v podobě peří. Poté na tubě vytvořte dva otvory: horní a spodní, pro pasty. Proveďte další dva otvory: jeden mírně nad horní a druhý - kolmý k dolnímu.

Poté musí být pasta zcela očistěna. Odřízněte kus, který odpovídá vnitřnímu průměru potrubí. Vezměte kancelářskou svorku, narovnejte a odřízněte kus dostatečné délky, aby vyčníval z trubky o centimetr.

Lepicí páska se používá k vytvoření dielektrické pásky. Pryžový pás je lepený tak, aby obě strany byly také lepivé.

Připravené prvky se shromažďují.

Přidávejte kartáče, které sbírají náboj. Spodní část štětce prochází otvorem a hrot je načechraný. Kartáče by se měly nacházet v blízkosti pružného pásku, ale nedotýkejte se. Horní průchod otvorem nahoře.

Poté použijte hliníkovou fólii nalepenou nepracující lampu. Horní drát je připojen k fólii. Lampa je vložena na horní část konstrukce.

Generátor Van de Graaf je připraven.

Zkušenosti

Pokud je k horní elektrodě připojeno více nití a ruce jsou blíže, "stojí na konci" a zabalí kolem nich prsty. Pokuste se experimentovat ve tmě.

Chcete-li získat silnější napětí, připojte dva generátory.

Dobrou volbou pro experimenty bude banka Leyden.

Nejznámějším zážitkem je ten, ve kterém jsou vlasy na konci. Chcete-li to udělat, zůstaňte v klidu gumová podložka, dřevěnou desku nebo překližku. Ruku položte na kouli (současně musí být generátor vypnut tak, aby nebyl zasažen elektrickým proudem). Po zapnutí zařízení projde jiskra, což způsobí, že se vlasy zastaví.

Generátor by měl být po každém použití vypuštěn a pracovat s ním velmi opatrně, protože proud může být smrtelný pro člověka.