Det Van de Graaff generator Det er en artefakt, der fungerer takket være elektrostatiske fænomener, og hvis funktion er at gengive enorme elektriske potentialer i rækkefølgen af megaelektronvolt (MeV) for at fremskynde subatomære partikler. Sådanne potentialer er koncentreret i dens øvre dele, hvor karakteristiske hule metalliske sfærer hviler..
Det blev opfundet i 1929 af den amerikanske fysiker Robert J. Van de Graaff og byggede modeller i forskellige størrelser og elektriske kapaciteter. En af de største, oprettet i 1933 og set på billedet nedenfor, er i stand til at nå et elektrisk potentiale på 5MeV; fem gange mindre end hvad der i øjeblikket er opnåeligt (25.5MeV).
Van de Graaff-generatorens potentiale er så højt, at der opstår elektriske udladninger i luften omkring dens metalliske kugler. Disse udladninger er resultatet af ubalancen mellem de elektriske ladninger, da kuglerne får meget negative eller meget positive elektriske ladninger; alt afhængigt af materialerne og dine designs.
Denne enhed er ret populær i undervisningen i fysik og elektricitet. Dette skyldes, at de frivillige, når de berører kuglerne eller metalkuplerne i de små generatorer, oplever et ufrivilligt løft af deres hår, hvilket minder om en elektrisk stødning..
Artikelindeks
På billedet ovenfor har vi de konventionelle dele til en Van de Graaff generator. Den har en lodret ramme toppet af en hul kugle eller metalkuppel (1). Indvendigt har vi et bånd eller bælte (4 og 5) lavet af polymert og isolerende materiale, såsom det kirurgiske rør.
Dette bælte bevæger sig konstant mellem to ruller: en øvre (3) og en nedre (6). På samme måde har hver rulle fastgjort en metalbørste (2 og 7), der gnider overfladen af bæltet. Bæltebevægelse aktiveres af en elektrisk motor forbundet til generatorens bund.
Som det kan ses på billedet, er generatorens sfære positivt ladet (+). Derfor har det brug for elektroner til at levere den elektriske ubalance. Det er her, hvor elektronerne (-), der forlader generatoren, ender negativt med en nærliggende metallisk enhed (8); til endelig at producere en elektrisk afladning (9) i retning af metalkuppelen.
Det elektriske stød kan ske enten i retning af kuplen eller i retning af enheden; sidstnævnte opstår, når det er kuplen, der er negativt ladet.
Van de Graaff-generatoren kan oplades positivt eller negativt. Opladningssymbolet vil afhænge af den triboelektriske karakter af de materialer, hvorfra bæltet og det nederste rulledæksel er fremstillet..
For eksempel, hvis den nederste valse er dækket af nylon, men bæltet er lavet af gummi, skal den triboelektriske serie kontrolleres for at vide, hvilket materiale den modtager, og hvilken der vil donere elektronerne, når de er i kontakt..
Da nylon således er mere positiv, dvs. fordi den er højere i triboelektrisk serie end gummi, mister den elektroner, mens gummi får dem. Derfor vil bæltet ende med at fortrænge eller mobilisere negative ladninger, når generatormotoren startes..
I mellemtiden, hvis den nederste rulle er dækket af silikone, vil det modsatte ske: bæltet mister elektroner, da silikone er mere negativ end gummi i den triboelektriske serie. Og derfor vil bæltet fortrænge eller mobilisere positive ladninger (som i det billede, der allerede er beskrevet).
Triboelektricitet er blot et af mange elektriske fænomener (korona- og fotoelektriske effekter, Faradays isterning, elektriske felter osv.), Der finder sted i Van de Graaff-generatoren. Men hovedpunktet er, at det kan bevæge sig, mobilisere eller "pumpe" elektriske ladninger mod metalkuppelen..
Når den nederste rulle er negativt ladet, efter at motoren er aktiveret, og bæltet positivt, begynder elektronerne fra rullen at afvise dem på båndets ydre overflade. Disse elektroner vandrer gennem luften mod den nedre børste, hvor de vil blive ført mod jorden eller en anden enhed..
Det positivt ladede bælte når den øverste rulle, som har en triboelektrisk natur modsat den nederste rulle; i stedet for at være negativt ladet, skal den miste elektroner og derfor også blive positivt ladet. Den positive ladning bevæger sig således mod den øvre valse og endelig mod den øvre børste i direkte kontakt med metalkuppelen.
Elektroner fra den øverste børste transporteres til rullen for at neutralisere opladninger. Men disse elektroner kommer fra overfladen af metalkuppelen. Derfor får kuplen også en positiv ladning.
Kuppelen når dens dimensioner, når et maksimalt potentiale. Derefter skal de elektriske opladninger afbalanceres. Da den er meget positiv, modtager den elektroner fra en meget negativt ladet kilde - den enhed, der modtager elektronerne fra den nederste børste. Således produceres en elektrisk afladning (gnist) fra enheden (negativ) mod metalkuppelen (positiv).
Jo højere de elektriske potentialer nås, proportionalt med dimensionerne på generatoren, jo mere intens vil de gengivne elektriske udladninger være. Bemærk, at hvis de ikke var så store, kunne elektroner ikke rejse gennem luft, et ikke-ledende dielektrisk medium.
Hvis den metalliske kugle er positivt ladet, og nogen rører ved den, vil deres hår også ende med at blive positivt ladet. Lige ladninger afviser hinanden, og derfor vil håret stå på enden og adskilt fra hinanden. Dette fænomen bruges til uddannelsesmæssige formål på kurser, hvor der indføres elektrostatik.
Således bruges Van de Graaff-generatorer i lille størrelse til at fange observatørers opmærksomhed med hensyn til hårets stående; eller i overvejelserne om elektriske stød, trofaste replikaer af dem, vi ser i science fiction-film.
Når kuplen koncentrerer mange elektriske ladninger, genereres et potentiale, der er i stand til at accelerere subatomære partikler. Til dette formål bruges Van de Graaff-generatoren til at gengive røntgenstråler i medicinske studier og kernefysik..
Endnu ingen kommentarer