Van de Graaff Generátor, ako to funguje, aplikácie

On Van de Graaff generátor Je to artefakt, ktorý funguje vďaka elektrostatickým javom a ktorého funkcia spočíva v reprodukcii obrovských elektrických potenciálov v poradí mega -elektronvoltov (MEV), aby sa urýchlili subatomické častice. Takéto potenciály sú koncentrované v ich horných častiach, kde kovové a duté gule odpočívajú.

Vymyslel ho v roku 1929 americký fyzik Robert J. Van de Graaf, budovanie modelov rôznych veľkostí a elektrických schopností. Jeden z najväčších, vytvorených v roku 1933 a pozorovaný na spodnom obrázku, je schopný dosiahnuť elektrický potenciál 5MEV; päťkrát menej, ako môžete získať (25.5Mev).

Jeden z najväčších generátorov Van de Graaf, aký bol kedy postavený, sa nachádza v múzeu Boston Sciences Museum. Zdroj: Beyond My Ken, CC BY-SA 4.0, cez Wikimedia Commons

Je to tak potenciál generátora Van de Graaff, že vo vzduchu obklopujúcej jeho kovové gule sú elektrické výboje. Tieto výboje sú produktom nevyváženia elektrických nábojov, pretože gule získavajú veľmi negatívne alebo veľmi pozitívne elektrické náboje; Všetko v závislosti od materiálov a ich návrhov.

Tento artefakt je veľmi populárny vo výučbe fyziky a elektriny. Dôvodom je, že dobrovoľníci, keď sa dotýkajú guľôčok alebo kovových kupolov malých generátorov, zažívajú nedobrovoľné zdvihnutie vlasov, čo si pamätá elektrickým prúdom.

[TOC]

Graaff Van Generator diely

Zjednodušené znázornenie prevádzky generátora Graff Van Generator. Zdroj: Dake, modifikovaný spoločnosťou Gonfer00, CC By-SA 2.5, cez Wikimedia Commons

Na vynikajúci obraz máme konvenčné časti pre generátor Graaff Van Generator. Má zvislý rámec zakončený dutou guľou alebo kovovou kupolou (1). Vo vnútri máme pás alebo pás (4 a 5) vyrobené z polymérneho a izolačného materiálu, ako je chirurgická trubica.

Môže vám slúžiť: priemerná uhlová rýchlosť: definícia a vzorce, vyriešené cvičenia

Tento pás sa neustále pohybuje medzi dvoma valcami: jeden nadriadený (3) a jeden nižší (6). Podobne má každý valc priložený kovovú kefu (2 a 7), ktorá sa dotýka povrchu pásu. Pohyb pásu je aktivovaný elektrickým motorom pripojeným k základni generátora.

Ako je možné vidieť na obrázku, guľa generátora je pozitívne nabitá (+). Preto potrebuje elektróny na dodávku elektrickej nevyváženosti. Práve tu elektróny (-) nechávajú generátor negatívne načítať kovové zariadenie v blízkosti (8); Konečne vyrobiť elektrický šok (9) v smere kovovej kupoly.

Elektrický šok sa môže stať buď v smere kupoly alebo v smere zariadenia; Ten sa vyskytuje, keď je negatívne nabitý kupolou.

Ako funguje generátor graffe dodávky?

Triboelektrické série

Van de Graaff generátor môže byť pozitívne alebo negatívne. Symbol záťaže bude závisieť od triboelektrickej povahy materiálov, s ktorými sa vyrába pás a povlaky dolného valca.

Napríklad, ak je spodný valček pokrytý nylonom, ale ako gumový pás, potom by sa mala skontrolovať triboelektrická séria, aby vedela, ktorý materiál dostane a ktorý bude darovať elektróny, keď sa dostanú do kontaktu.

Nylon za to, že je pozitívnejší, to znamená, že je ďalej v triboelektrickej sérii ako gumá. Preto bude pás po zapnutí motora generátora skončí pohybom alebo mobilizáciou záporných záťažov.

Môže vám slúžiť: Rezanie úsilia: Ako sa vypočítava a vyrieši

Medzitým, ak je spodný valček potiahnutý silikónom, nastane opak: pás stratí elektróny, pretože silikón je v triboelektrickej sérii negatívnejší ako gum. A preto bude pás vytlačiť alebo mobilizovať kladné zaťaženie (napríklad na už opísanom obrázku).

Posunutie zaťaženia

Triboelektricia je iba jedným z mnohých elektrických javov (koruny a fotoelektrické efekty, faraday ľadové vedro, elektrické polia atď.), ktoré sa odohráva v generátore Van de Graoff. Centrálnym bodom je však to, že sa môže pohybovať, mobilizovať alebo „čerpať“ elektrické náboje do kovovej kupoly.

Akonáhle je spodný valček načítaný negatívne po prevádzke motora a pás pozitívne, valcové elektróny začnú odrážať tie vonkajšiu stranu pásu. Tieto elektróny migrujú vzduchom do spodnej kefy, kde budú odvedené na zem alebo iné zariadenie.

Pozitívny zaťažovací pás dosahuje horný valček, ktorý má triboelektrickú povahu na rozdiel od dolného valca; to znamená, že namiesto negatívneho nabíjania musí stratiť elektróny, a preto tiež klizovať pozitívne. Pozitívne zaťaženie sa tak presúva do horného valca a nakoniec smerom k hornej kefke v priamom kontakte s kovovou kupolou.

Elektróny hornej kefy sa prepravujú do valca na neutralizáciu zaťaženia. Ale tieto elektróny pochádzajú z povrchu kovovej kupoly. Preto kupola tiež získava pozitívne zaťaženie.

Elektrický šok

Kupolu podľa jej rozmerov dosiahne maximálny potenciál. Potom musia byť elektrické náboje vyvážené. Byť veľmi pozitívny, dostanete elektróny z veľmi negatívneho naloženého zdroja: Zariadenie, ktoré prijíma elektróny dolnej kefy. Preto je elektrický šok (iskra) zo zariadenia (negatívny) do kovovej (pozitívnej) kupoly.

Môže vám slúžiť: Higroskopická: koncept, hygroskopické látky, príklady

Čím väčšie sú dosiahnuté elektrické potenciály, úmerné rozmerom generátora, tým intenzívnejšie sa reprodukujú elektrické výboje. Všimnite si, že ak neboli také veľké, elektróny nemohli cestovať vzduchom, dielektrické médium bez driveru.

Žiadosti

Učitelia

Vlasy tohto muža sú elektricky nabité a odrazujú sa, pretože majú rovnaké zaťaženie ako kovová guľa generátora. Zdroj: Adam Engelhart Via Flickr (https: // www.Flickr.com/photos/telux/537906436/in/photostream/)

Ak je kovová guľa pozitívne nabitá a niekto sa jej dotkne, jeho vlasy sa tiež načítajú pozitívne. Rovnaké poplatky sa odpudzujú, a preto sa vlasy budú štekať a oddeliť sa od seba. Tento jav sa používa na vzdelávacie účely v kurzoch, v ktorých sa zavádza elektrostatický.

Generátory van de Graaf malých veľkostí sa teda používajú na upútanie pozornosti pozorovateľov vzhľadom na to, že ich vlasy vlasov; alebo pri rozjímaní o elektrických výbojoch, verné repliky, ktoré vidíme vo filmoch sci -fi.

Urýchľovač častíc

Keď kupoly sústreďuje veľa elektrických nábojov, generuje sa potenciál, ktorý je schopný urýchliť subatomické častice. Na tento účel sa generátor Graaf Van používa na reprodukciu X -Rays v liečivých štúdiách a jadrovej fyzike.

Odkazy

1. Serway, r. Do. a Jewett, J. W. (2005). Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 2. Siedme vydanie. Redakčné učenie sa.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff generátor. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Magnetová akadémia. (17. júna 2019). Van de Graaff generátor. Získané z: NationalMaglab.orgán
4. Seattle University. (2020). Elektrostatika - hliníkové misky s generátorom Van de Graaf. Získané z: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1. apríla 2000). Ako fungujú generátory Van de Graaff. Získané z: vedy.Howstuffwork.com