Elektrostatičke igračke i Van de Graaffov generator. Naučne igračke. Van de Graaffov generator: uređaj, princip rada i primjena Domaći van der Graaff generator

Počnimo jednostavno i idemo na klasiku!
Želite li uzeti običnu tanku? plasticna kesa, zavežite ga po sredini koncem i zarežite polietilen sa obe strane konca, tako da napravite mašnu zavezanu za dugački konac.
Uzimamo u ruke školsko plastično ravnalo, trljamo ga o vuneni šal i donosimo ga na mašnu.
Sada se divimo letu luka i trudimo se da ga zadržimo u zraku što je duže moguće.

Ovo je najjednostavniji eksperiment naelektrisanja trenjem; oduševljava publiku i tjera ih da sami pokušaju to isto.
Pa, molim vas, ko bi bio protiv!

Sada uzmimo u ruke ono što se prodaje u radnji!
Jednostavno uzmemo čarobni štapić, podignemo izrezanu figuru od folije i, kao pravi mađioničar, učinimo da figura lebdi u zraku iznad štapića.
Pa, da vam kažem, ovo nije luk!

Figura se ispravlja, postaje voluminozna i sada, potpuno u vašoj moći, izvodi zamršene salto u zraku.

Gdje je skrivena tajna?
Šta je "magično" u ovom čarobnom štapiću i, kako mala djeca kažu, šta je unutra?

Sjetite se svog prvog poznanstva sa generatorom statičkog elektriciteta - to je bila vaša mačka!
Gladite i "uživajte" zatim u električnim dodirima koji povlače živce... Jeste li probali?

Još jedan generator statičkog elektriciteta poznat iz škole je elektrofor mašina.

A evo još jednog utjelovljenja uređaja za pohranu podataka električnih naboja: Čarobni štapić sadrži minijaturni elektrostatik Van de Graaff generator.

Generator u čarobnom štapiću radi na baterije, koje se također nalaze unutar štapića. Kada pritisnete dugme, generator počinje da stvara na kraju čarobni štapić elektrostatičko naelektrisanje. Kada kraj štapa dotakne figuru od folije, ona preuzima dio elektrostatičkog naboja štapa. Štap i figurica dobijaju naboje istog imena, a takvi naboji moraju odbiti. Figurica i štap će se sada odbijati.
Figurica od folije postaje voluminozna jer svi njeni dijelovi imaju naboje istog znaka. Efekat je kao da smo iz izreza papirna figurica naduvati balon.
Nakon nekog vremena, naboj na figuri i štapu oslabi, i potrebno je ponovo pritisnuti dugme na štapu da akumulirate novi naboj statičkog elektriciteta.

A pravi veliki Van de Graaff generator kreirao je američki fizičar Robert Van de Graaff za ozbiljno naučno istraživanje elementarne čestice u oblasti atomske fizike.

Veliki moćan generator Van de Graaff je izgrađen i montiran na šine u hangaru za dirižabl.
Generator se sastojao od dva stuba, na svaki od kojih su bile montirane šuplje aluminijumske kugle, svaka pouzdano izolovana od tla, prečnika 15 stopa (1 stopa je 0,3 m).

Dielektrična papirna traka postavljena okomito u stup, zalijepljena u prsten, rotirana na valjcima. Gornji valjak bila je napravljena od dielektrika, a donja je bila od metala i spojena sa zemljom. Donji kraj trake primao je električne naboje iz izvora struje, a gornji je bio unutra metalna sfera. Elektroda s četkicom unutar sfere dodirnula je traku, uklonila električni naboj i nanijela ga na provodnu sferu, gdje je bila ravnomjerno raspoređena po cijelom vanjska površina sfere.

Takvi generatori su korišteni za stvaranje velikih potencijalnih razlika u linearnim akceleratorima čestica, pa su bile potrebne dvije sfere koje akumuliraju suprotne naboje. Jedna sfera je bila nabijena pozitivno, druga negativno; uz dovoljno nakupljanje naboja između kuglica, došlo je do električnog pražnjenja, koje su proučavali fizičari.

Ukupni napon između sfera dostigao je milione volti. Unutar svake sfere ogromnog generatora nalazile su se naučno-istraživačke laboratorije.

U početku su se takvi generatori koristili u linearnim akceleratorima. Prečnik kupole dostigao je nekoliko metara, a stvorena razlika potencijala bila je nekoliko miliona volti.
Trenutno se Van de Graaffovi generatori uglavnom koriste za modeliranje procesa, na primjer, za simulaciju prirodnog pražnjenja groma.

Sada se Van de Graaffov generator može vidjeti u školama, proizvodi se minijaturni edukativni demonstracijski generator, dizajniran za izvođenje demonstracionih eksperimenata u elektrostatici: naelektriziranje tijela i prikazivanje iskrenog plina u zraku.

Ovdje se gumena traka pokreće električnim motorom i prolazi između električno nabijenih ploča. Naelektrisanja koja nastaju na spoljnoj strani trake prenose se na sferu, stvarajući prilično jaka elektrostatička polja (visoki naponi) u okolnom prostoru, a naelektrisanja sa unutra trake suprotan znak se ispuštaju kroz uzemljenje.

Van de Graaffov generator je generator statičkog elektriciteta, proizvodi vrlo visoke napone pri vrlo malim strujama u mikroamperima. Zahvaljujući tome, koristeći Van de Graaffov generator, moguće je demonstrirati zanimljivi eksperimenti, na primjer, naelektriziranje ljudskog tijela, kada se kosa "nabuši", i eksperimenti u mraku, pokazujući električna pražnjenja u obliku malih munja.

Ako osoba stoji na izolacijskom postolju i dodirne nabijenu sferu Van de Graaffovog generatora, tada će se na njegovo tijelo prenijeti veliki električni naboj, a sve vlasi koje su primile isti naboj će se odbijati i stajati na glavi. .

Ali “ne daj Bože” ako osoba u takvom stanju dodirne uzemljenu bateriju za grijanje i osjeti preraspodjelu naboja!

Protoni i joni visoke energije. Ubrzanje čestica nastaje zbog njihove interakcije s elektrostatičkim ili elektromagnetnim poljima. U medicini se akceleratori nabijenih čestica koriste za terapiju zračenjem i radiobiološka istraživanja. U zavisnosti od načina ubrzanja, akceleratori naelektrisanih čestica dijele se na elektrostatičke (na primjer, Van de Graaffov generator), linearne rezonantne, induktivne (vidi Betatron) i ciklične (ciklotron).

U Van de Graaffovom elektrostatičkom generatoru visoki napon nastaje zbog akumulacije na površini šuplje provodne sfere električnog naboja, koji joj se dovodi iz električni generator pomoću pokretnog beskonačnog pojasa. Ubrzanje nabijenih čestica događa se u vakuumskoj cijevi.

Robert Vann de Graaf demonstrira svoj generator 1922

Elektrostatički generator(Van de Graaff) - akcelerator nabijenih čestica. Sastoji se od izvora visokog napona(sam elektrostatički generator) i cijev za ubrzanje. Prvo dobar dizajn Sličnu instalaciju je 1929. predložio R. J. Van de Graaff. Princip rada elektrostatičkog generatora je sljedeći.

Električni naboji iz generatora se primjenjuju na dielektrični pokretni pojas.

Sa ove trake naelektrisanja se prenose sistemom četkica na unutrašnju površinu šuplje metalne izolovane sfere - provodnika (sl.). Tako se na sferu može prenijeti dovoljno veliki naboj, čija je maksimalna vrijednost određena pojavom pražnjenja iz nje u vanjski prostor. Kako se veličina sfere povećava, napon raste. Trenutno, za povećanje napona na minimalne veličine instalacije, elektrostatički generator se postavlja u rezervoar sa gasom velike električne snage (dušik, freon, ugljen-dioksid), pod pritiskom do 20 atm.

Elektrostatički generator se može koristiti za ubrzanje i elektrona (vidi) i teških čestica - protona (vidi). Maksimalna energija ubrzanih čestica dostiže 10 MeV. Elektrostatički generatori našli su široku primenu u fizici, tehnologiji i medicini. U medicini se elektrostatički generatori sa elektronskim snopom (vidi Elektronsko zračenje) koriste kao izvor tvrdog kočnog zraka (vidi), koji nastaje kada elektroni visoke energije udare u metu napravljenu od teškog elementa. Vidi također Akceleratori napunjenih čestica.

Van de Graaff elektrostatički generator:
1 - visokonaponska elektroda (provodnik);
2 - izvor jona ili elektrona;
3 - višesječna cijev za ubrzanje;
4 - izolacioni stub;
5 - sistem defokusiranja elektronskog snopa;
6 - tanka aluminijumska folija;
7 - transporter;
8 i 10 - vrhovi za punjenje i uklonjivi;
9 - pokretna "beskonačna" traka.

VAN DE GRAAF GENERATOR

VAN DE GRAAF GENERATOR, uređaj koji stvara visoki napon koncentriranjem električnih naboja na vanjskoj strani šupljeg PROVODNIKA. Kokkroft-Valtonov ACCELERATOR, koji su napravili John COCKROFT i Ernest WALTON, proizvodio je visok napon koristeći grupu napunjenih KONDENZATORA povezanih u seriju. Američki fizičar Robert Van de Graaff (1901-67) poboljšao je ovaj dizajn raspršivanjem pozitivnih ili negativnih naboja duž trake koja se neprekidno kreće, koja ih je nosila u veliku šuplju metalnu sferu gdje je bio pohranjen napon. Tako je uključeni napon, oko 50.000 volti, porastao na 1 milion elektron-volti. Danas se Van de Graaffov generator prvenstveno koristi za “ubrizgavanje” čestica u moćnije linearne akceleratore. vidi takođeLAWRENCE.

Koristeći Van de Graaffov generator (B) možete dobiti visoki napon. Ako se nešto što ima višak pozitivnih jona stavi unutar rezervoara, elektroni se skupljaju na njegovoj unutrašnjoj strani, a isti broj pozitivno nabijenih jona se skuplja na vanjskoj strani (A) Ako nabijeno tijelo dodirne unutrašnju stranu, svi slobodni elektroni će teći na njega, čineći ga neutralnim. Vanjska strana rezervoara još uvijek drži pozitivni joni U Van de Graaffovom generatoru, pozitivni joni se raspršuju iz odgovarajućeg izvora (1) na beskonačan pojas, koji ih nosi unutar metalne sfere. Traka se povezuje na unutrašnja površina zidova pomoću provodnika u obliku grebena(2) Ovo omogućava da elektroni teku na traku. Tako se pozitivni joni skupljaju na vanjskoj strani sfere (3) Efekat se može pojačati povezivanjem dva generatora, kao što je prikazano na (C).

Naučno-tehnički enciklopedijski rječnik .

Pogledajte šta je "VAN DE GRAAF GENERATOR" u drugim rječnicima:

Minijaturni Van de Graaffov generator ... Wikipedia

Van de Graaff generator- Van de Grafo generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. generator remena; Van de Graaff generator vok. Bandengenerator, m; Van de Graaff generator, m rus. Van de Graaffov generator, m; generator trake, m pranc. accélérateur Van … Fizikos terminų žodynas

- ... Wikipedia

- (vidi ELEKTROSTATSKI GENERATOR). Fizički enciklopedijski rječnik. M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983. VAN DE GRAAF GENERATOR ... Fizička enciklopedija

VAN DE GRAAF GENERATOR, vidi art. Elektrostatički generator (vidi ELEKTROSTATSKI GENERATOR) ... enciklopedijski rječnik

Vidi čl. Elektrostatički generator... Veliki enciklopedijski rječnik

Van de Graaffov akcelerator, vidi Elektrostatički akcelerator... Velika sovjetska enciklopedija

- [nazvan po Ameru. fizika R. J. Van de Graaf (R. J. Van de Graaf; p. 1901)] elektrostatički. DC generator visoki napon do 20 MB i dozvoljena struja opterećenja do 1 mA. Koristi se u linearnim akceleratorima, kao iu niskostrujnim ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Knjige

Set "Japanski eksperimenti. Statički elektricitet" (BB 1164/196407), Ispostavilo se da elektricitet može biti različit. U nekim slučajevima teče, au drugima se akumulira. A ako naučimo o strujanju struje kroz žice kada uključimo električne uređaje, onda kako... Kategorija:

Ovo su uputstva o tome kako sam napravio DIY Van de Graaff generator od nekih neželjenih ostataka. Evo ga na slici:

Dakle, prva stvar koju treba učiniti je prikupiti sve neophodne komponente. Uključuju: 1 olovku, dvije stare osušene paste, komad PVC cijev, jedna mrtva sijalica, dugačak komad gumice, spajalica, aluminijska folija, traka, jedan mali motor od igračke, devet volti baterija, i nešto žice, i postolje - drvena daska. Sve je vidljivo na fotografiji:

Prvi korak u vašoj akciji bit će izbušiti rupu za cijev na dnu baze. Morate uzeti bušilicu s bušilicom za perje potrebnog promjera tako da PVC cijev čvrsto pristaje.

Zatim radite dva kroz rupe kroz obe strane cevi. Razmak između rupica je takav da se prilikom umetanja paste i zategne između pasta gume, tako da se elastika lagano rasteže. Pazite da guma nije previše zategnuta inače će zaustaviti motor.

Zatim napravimo još dvije rupe u cijevi. Prvu rupu treba izbušiti nešto više od prve na istoj osi. Druga rupa treba biti direktno okomita na donju. Pažljivo pogledajte fotografiju:

Sada morate ukloniti mastilo iz paste. Koristio sam traku za vezivanje, poput onih koje dolaze sa vrećama za smeće, da očistim pastu. Šta koristite, razmislite sami.

Zatim isecite komad testenine na dužinu unutrašnji prečnik PVC cijevi. Zatim uzmite spajalicu i odrežite komad dovoljno dugačak da komad viri iz cijevi najmanje centimetar. pogledajte fotografiju:

Kao što ste vjerovatno pretpostavili, trebat će nam dva ovakva valjka. Prije montaže potrebno je sastaviti dielektrični film. Izrađen je od trake i naše elastične trake. Elastična traka je prekrivena trakom tako da su ljepljive strane zalijepljene. Ne morate zalijepiti traku trake, već jednostavno stavite elastičnu traku na vrh da je pritisnete na naše valjke.

Zatim uzimamo gumicu olovke i sastavljamo našu strukturu kao što je prikazano na donjoj slici. Za pouzdanost veze super ljepilo Osovina motora je zalijepljena za gumicu i spajalicu.

Sljedeći korak je dodavanje četkica koje prikupljaju naboj. Donja četka, kao što je prikazano na slici lijevo, prolazi kroz rupu u donjem dijelu, vrh žice treba olabaviti. Vodite računa da četkice budu blizu elastike, ali je ne smiju dodirivati. Gornja četka, kao što je prikazano na slici desno, prolazi kroz gornju rupu.

Sljedeća faza i finale je prekrivanje pregorjele sijalice komadom aluminijska folija. Ključno je osigurati aluminijumu više naboja kako bi ga prikupio što je više moguće. Zatim spojimo gornju žicu na ovu foliju na lampi i ubacimo našu lampu-elektrodu na vrh cijele konstrukcije. Pa, sada znate kako sami napraviti Van de Graaffov generator.

Van de Graaff generator sposoban da proizvede elektrostatički potencijal od stotine hiljada volti. Takve instalacije su dostupne u mnogim laboratorijama i politehničkim muzejima, gdje se koriste u raznim eksperimentima vezanim za električnu energiju. Istina, koriste generatore visoke dvije ljudske visine. Pokušaćemo da napravimo kompaktnu desktop instalaciju.

Generator je dobio ime po holandskom fizičaru R. J. Van de Graaffu, koji ga je dizajnirao 1931. za svoje eksperimente u elektrostatici. Od tada se instalacije koje bacaju varnice mogu naći čak i u školskim učionicama fizike, a ponekad se nazivaju i elektroforskim mašinama. Pokušat ćemo vlastitim rukama napraviti približno isti generator kakav je sam Van de Graaff namjeravao.

Za dizajn Van de Graaffovog generatora trebat će vam:

prazna metalna konzerva od sode;
mali karanfil;
prstenasta elastika širine približno 0,5 cm i prečnika 8 - 10 cm;
stakleni električni osigurač dimenzija 5x20 mm;
elektromotor jednosmerna struja(na primjer, od igračke);
krokodil isječak;
držač baterije;
Čaša od stiropora ili papirna čaša;
pištolj za vruće ljepilo ili tuba ljepila za plastiku;
dva komada bakrene električne žice;
dvije dužine PVC vodovodne cijevi od 3/4 inča;
3/4" PVC spojnica;
T-oblik 3/4" PVC Vodovodni Tee;
električna traka i drveni stalak.

Instalacija može izgledati komplikovano, ali ako pogledate ilustracije, vidjet ćete da se može instalirati za samo jednu večer. Glavna stvar je da se opskrbite svim potrebnim dijelovima.

Instalacija generatora

Započnite instalaciju sa drvena podloga. Na njega zalijepite komad od 5 - 7 cm plastična cijev 3/4 inča prečnika. Vaš generator će biti postavljen na ovu podlogu tako da se, ako je potrebno, može lako ukloniti ako, na primjer, trebate zamijeniti gumenu traku u njemu ili napraviti promjene u dizajnu.

Električni motor je umetnut u jedno od koljena cijevi za vodovod. Budući da je motor obično malog promjera, mora se umotati u papir ili električnu traku tako da tijelo stane u cijev uz određenu silu. Navucite komad plastične cijevi odgovarajućeg promjera na osovinu motora.

Zatim izbušite malu rupu sa strane T-cijevi. Umetnite kraj kroz njega nasukana žica, “labav” u obliku četke ili četke na način da je postavljanjem blizu gumene trake moguće ukloniti elektrostatički naboj sa njega.

Možete koristiti traku ili traku da učvrstite žicu na mjestu. Postavite prstenastu gumenu traku na dno remenice, a preostali dio povucite prema gore, kao što je prikazano na slici.

Zatim izrežite cilindar od 5 do 7 cm od vodovodne cijevi od 3/4 inča. Morat će se pričvrstiti na vrh konektora u obliku slova T, kao što je prikazano na slici. Povucite gumicu do vrha i učvrstite poziciju ekserom.

Treba imati na umu da dužina cijevi treba biti takva da se elastična traka ne rasteže previše. Inače, zbog povećanog trenja, motor će raditi s prekomjernim opterećenjem.

Izrežite dno 1,5-2 cm visoko od polistirenske čaše, okrenite ga naopako i izrežite rupu na dnu tako da dobro pristaje na cijev od 3/4 inča.

Sada izbušite tri rupe na vrhu spojnice. Dvije od ovih rupa trebale bi biti dijametralno suprotne jedna od druge tako da mali ekser može proći kroz njih i služiti kao most za elastiku. Treća rupa je smještena između druge dvije na način da žičana četka umetnuta u nju, kao i donja četka, gotovo dodiruje elastiku kada je zategnuta.

Četkica se ubacuje u spojnicu, a sama spojnica se postavlja na cijev od 3/4 inča, iznad obruča čašice. Gumica se uvlači u rukav i drži ekserom, kao i ranije. Usput, pojedinačne žice "kićanke" moraju biti upletene gotovo cijelom dužinom kako se pojedine žice ne bi raspale.

Sada ostaje samo da se staklena cijev postavi na svoje mjesto. Najlakši način je da ga uzmete iz električnog osigurača, kakav se koristi u radio uređajima. Pomoću lemilice pažljivo zagrijte metalni poklopac na jednom kraju osigurača i kliještima ga uklonite iz cijevi. Uradite isto sa drugom kapom.

Zatim izvucite kraj eksera iz jedne rupe na spojnici i na njega stavite staklenu cijev tako da gumica bude na cijevi. Ponovo umetnite ekser u drugu rupu.

Zalijepite stiropor "ovratnik" na cijev. Najbolje je to učiniti toplinskim pištoljem, jer se ljepilo brzo stvrdne i ne otapa plastiku.

Ali, u principu, ista stvar se može učiniti pomoću druge odgovarajući lepak za plastiku.

Sada ste spremni za ugradnju aluminijske limenke. Dobar je za visoki napon jer ima zaobljene ivice, što minimizira koronsko pražnjenje. Ostaje samo oštrim nožem pažljivo rezati gornji poklopac, zagladite izrezane ivice, na primjer, pomoću odvijača i, okrećući limenku naopako, stavite je na polistirenski ovratnik, prolazeći slobodnim krajem gornje žičane "četke" unutra.

Posljednji korak je spajanje motora na bateriju pomoću žica. U tom slučaju, napon napajanja mora odgovarati onom za koji je dizajniran električni motor koji koristite.

Ako su rese na vrhu i donji delovi limenke su pravilno postavljene - vrlo blizu elastične trake, ali ne dodirujući je, trebali biste osjetiti svjetlo električno ubodite čim prst približite aluminijumskoj konzervi.

Pokretanje i postavljanje Van de Graaffovog generatora

Ako ne nađete nikakve znakove visokog elektrostatičkog napona dok motor radi (nema varnica, limenka ne privlači papirne trake), tada ćete morati početi podešavati generator.

Prvo isprobajte drugu vrstu elastike. Neke vrste gume imaju određenu provodljivost i stoga ne mogu pružiti veliki potencijal.

Provjerite jesu li svi dijelovi instalacije čisti. Prljavština i masnoća također mogu uzrokovati kvar vaše jedinice.

Provjerite da li je gornja četka u pouzdanom kontaktu s metalom limenke. Neke staklenke imaju plastični premaz sa unutrašnje strane. Onda je bolje uzeti drugu teglu.

Provjerite ima li oštrih rubova izvan instalacije. Oni mogu postati izvor koronskog pražnjenja, a napon se neće akumulirati.

Pazite da četke ne dodiruju samu gumicu. Trebalo bi da postoji neki jaz između njih.

Van de Graaffov generatorski krug: 1 - osovina elektromotora; 2 - staklena cijev; 3 - karanfili; 4 - žičana četka; 5 - sfera; 6 - elastična traka; 7 - žičana četka.

Provjerite ispravnost cjelokupne instalacije upoređujući ono s čime smo uradili dijagram strujnog kola instalacije.

Nakon što je generator postavljen, posavjetujte se sa svojim nastavnikom fizike o tome koje zanimljive eksperimente možete izvesti koristeći generator koji ste napravili. Na primjer, ako okačite gomilu papirnih traka na aluminijsku limenku s isključenim generatorom, onda kako se napon povećava, one formiraju neku vrstu egzotičnog "buketa".

Ili možete koristiti Van de Graaffov generator da pokušate dobiti elektrete - vječne izvore električni napon, koji se koriste, na primjer, u mikroskopima.