Van de Graaff Generator -onderdelen, hoe het werkt, applicaties

Hij Van de Graaff -generator Het is een artefact dat werkt dankzij elektrostatische fenomenen, en wiens functie bestaat uit het reproduceren van enorme elektrische potentialen, in de volgorde van mega -elektronvolt (MEV), om subatomaire deeltjes te versnellen. Dergelijke potentialen zijn geconcentreerd in hun bovenste delen, waar metalen en holle bollen rusten.

Het werd uitgevonden in 1929 door de Amerikaanse natuurkundige Robert J. Van de Graaf, bouwmodellen van verschillende maten en elektrische mogelijkheden. Een van de grootste, gemaakt in 1933 en waargenomen in het lagere beeld, is in staat om een ​​elektrisch potentieel van 5MEV te bereiken; vijf keer minder dan je kunt krijgen (25.5mev).

Een van de grootste Van de Graaf -generatoren ooit gebouwd, gelegen in het Boston Sciences Museum. Bron: Beyond My Ken, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Het is zozeer het potentieel van de Van de Graaff -generator, dat er in de lucht rond zijn metalen bollen elektrische ontladingen zijn. Deze lozingen zijn het product van de onbalans van elektrische ladingen, omdat de bollen zeer negatieve of zeer positieve elektrische ladingen verwerven; Allemaal afhankelijk van de materialen en hun ontwerpen.

Dit artefact is behoorlijk populair in het onderwijzen van natuurkunde en elektriciteit. Dit komt omdat vrijwilligers, wanneer ze de bollen of metalen koepels van kleine generatoren aanraken, een onvrijwillige tilt van hun haar, die zich een elektrocutie herinnert.

[TOC]

Graaff Van Generator -onderdelen

Vereenvoudigde weergave van de werking van een graff -van -generator. Bron: Dake, gewijzigd door Gonfer00, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

In het superieure beeld hebben we de conventionele onderdelen voor een Graaff Van -generator. Het heeft een verticaal frame bedekt met een holle bol of metalen koepel (1). Binnen hebben we een band of riem (4 en 5) gemaakt van polymeer- en isolerend materiaal, zoals de chirurgische buis.

Het kan u van dienst zijn: gemiddelde hoeksnelheid: definitie en formules, opgeloste oefeningen

Deze riem beweegt constant tussen twee rollen: een superieur (3) en een lager (6). Evenzo heeft elke roller een bijgevoegde metalen borstel (2 en 7) die het riemoppervlak raakt. De riembeweging wordt geactiveerd door een elektrische motor die is aangesloten op de generatorbasis.

Zoals te zien is in de afbeelding, is de generatorsfeer positief opgeladen (+). Daarom heeft het elektronen nodig om elektrische onbalans te leveren. Het is hier dat de elektronen (-) die de generator verlaten, een negatief laden van een nabijgelegen metaalapparaat (8) negatief laden; Om eindelijk een elektrische schok (9) te produceren in de richting van de metalen koepel.

De elektrische schok kan gebeuren in de richting van de koepel, of in de richting van het apparaat; De laatste treedt op wanneer het de koepel is die negatief is geladen.

Hoe werkt een generator van Graffe van Van?

Tribo -elektrische serie

De Van de Graaff -generator kan positief of negatief zijn. Het symbool van de belasting hangt af van de tribo -elektrische aard van de materialen waarmee de riem en coating van de onderste rol zijn gemaakt.

Als de onderste rol bijvoorbeeld is bedekt met nylon, maar als de rubberen riem, moet de tribo -elektrische serie worden gecontroleerd om te weten welk materiaal zal ontvangen en welke de elektronen doneren zodra ze contact opnemen.

Dus het nylon omdat het positiever is, dat wil zeggen, om verder in de tribo -elektrische serie te zijn dan het rubber, dan verliest het elektronen terwijl het rubber ze zal winnen. Daarom zal de riem uiteindelijk negatieve belastingen bewegen of mobiliseren wanneer de generatormotor is ingeschakeld.

Het kan u van dienst zijn: Snijdspanning: hoe wordt berekend en opgelost

Ondertussen, als de onderste rol is bedekt met siliconen, zal het tegenovergestelde gebeuren: de riem verliest elektronen, omdat siliconen meer negatief zijn dan rubber in de tribo -elektrische serie. En bijgevolg zal de riem positieve belastingen verplaatsen of mobiliseren (zoals in de reeds beschreven afbeelding).

Laadverplaatsing

Tribo -elektriciteit is slechts een van de vele elektrische fenomenen (kroon- en foto -elektrische effecten, Faraday -ijsemmer, elektrische velden, enz.) die plaatsvinden in de Van de Graoff -generator. Maar het centrale punt is dat het elektrische kosten kan verplaatsen, mobiliseren of pompen "naar de metalen koepel.

Zodra de onderste rol negatief is geladen nadat de motor is bediend, en de riem positief, beginnen de rolelektronen die van de buitenkant van de riem af te weren. Deze elektronen migreren door de lucht naar de onderste borstel, waar ze naar de aarde of ander apparaat worden gereden.

De positieve laadgordel bereikt de bovenrol, die een tribo -elektrische aard heeft tegenover de onderste rol; dat wil zeggen, in plaats van negatief op te laden, moet het elektronen verliezen en daarom ook positief opladen. Aldus beweegt de positieve belasting naar de bovenste rol en ten slotte naar de bovenste borstel in direct contact met de metalen koepel.

Bovenborstel elektronen worden naar de rol getransporteerd om de belastingen te neutraliseren. Maar deze elektronen komen van het oppervlak van de metalen koepel. Daarom verwerft de koepel ook een positieve belasting.

Elektrische schok

De koepel zal volgens zijn afmetingen een maximaal potentieel bereiken. Daarna moeten elektrische kosten in evenwicht zijn. Omdat je zeer positief is, ontvang je elektronen van een zeer negatief geladen bron: het apparaat dat de elektronen met een lagere borstel ontvangt. Er is dus een elektrische schok (vonk) van het apparaat (negatief) naar de metalen (positieve) koepel.

Kan u van dienst zijn: Higroscopiciteit: concept, hygroscopische stoffen, voorbeelden

Hoe groter de elektrische potentialen die worden bereikt, evenredig met de afmetingen van de generator, hoe intenser de elektrische lozingen worden gereproduceerd. Merk op dat, als ze niet zo groot waren, elektronen niet door de lucht konden reizen, een niet -driver diëlektrisch medium.

Toepassingen

Leraren

Het haar van deze man is elektrisch geladen en stoten elkaar af omdat ze dezelfde belasting hebben als de metalen bol van de generator. Bron: Adam Engelhart via Flickr (https: // www.Flickr.com/foto's/telux/537906436/in/photstream/)

Als de metalen bol positief is opgeladen en iemand deze aanraakt, wordt hun haar ook positief geladen. Gelijke ladingen afstoten, en daarom zal het haar op elkaar hangen en van elkaar scheiden. Dit fenomeen wordt gebruikt voor educatieve doeleinden in de cursussen waar elektrostatisch wordt geïntroduceerd.

Aldus worden van de GRAAF -generatoren van kleine maten gebruikt om de aandacht van de waarnemers te trekken met betrekking tot het brizming van hun haar; of in de contemplatie van elektrische lozingen, trouwe replica's die we zien in science fictionfilms.

Deeltjesversneller

Wanneer de koepel veel elektrische ladingen concentreert, wordt een potentieel gegenereerd dat in staat is om subatomaire deeltjes te versnellen. Voor dit doel wordt de GRAAF -van -generator gebruikt om x -reeks in medicinale studies en nucleaire fysica te reproduceren.

Referenties

1. Serway, r. NAAR. en Jewett, J. W. (2005). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 2. Zevende editie. Redactioneel cengage leren.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff -generator. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Magnet Academy. (17 juni 2019). Van de Graaff -generator. Hersteld van: nationalMaglab.borg
4. Seattle University. (2020). Elektrostatica - Aluminium kommen met Van de Graaf -generator. Hersteld van: SeattleU.Edu
5. John Zavisa. (1 april 2000). Hoe Van de Graaff -generatoren werken. Hersteld van: Wetenschap.Howstuffwork.com